نتحدث عن الشروط المسبقة ونقدم آراء الخبراء.
/ photo IBM Research CC BY-NDلماذا هناك حاجة الهيليوم في أجهزة الكمبيوتر الكم
قبل أن ننتقل إلى قصة الموقف الذي يفتقر إلى الهليوم ، فلنتحدث عن سبب احتياج أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى الهيليوم بشكل عام.
تعمل الآلات الكمومية مع الكبت. على عكس البتات الكلاسيكية ، يمكن أن تكون في حالات 0 و 1 في نفس الوقت - في تراكب. تنشأ ظاهرة التوازي الكمي في نظام الحوسبة عندما يتم تنفيذ العمليات في وقت واحد مع صفر وواحد. تتيح هذه الميزة للأجهزة التي تعمل بنظام qubit حل بعض المشكلات بشكل أسرع من أجهزة الكمبيوتر التقليدية - على سبيل المثال ، لمحاكاة التفاعلات الجزيئية والكيميائية.
ولكن هناك مشكلة: البتات هي كائنات هشة ، ويمكن أن تدعم التراكب فقط عدد قليل من النانو ثانية. حتى تقلب درجات الحرارة الطفيفة يكسر ذلك ، يحدث ما يسمى
فك التماسك . لتجنب تدمير البتات ،
يجب أن تعمل الحواسب الكمومية في درجات حرارة منخفضة - 10 م.ك (273.14 درجة مئوية). لتحقيق درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق ، تستخدم الشركات الهيليوم السائل ، أو بالأحرى نظير
الهيليوم 3 ، الذي لا يصلب في ظل هذه الظروف القاسية.
ما هي المشكلة
في المستقبل القريب ، قد تواجه صناعة تكنولوجيا المعلومات نقصًا في الهيليوم -3 لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية. على الأرض ، هذه المادة غير موجودة عمليا في شكلها الطبيعي - حجمها في الغلاف الجوي للكوكب
هو فقط 0.000137 ٪ (1.37 جزء في المليون فيما يتعلق بالهيليوم - 4). الهيليوم 3 هو نتاج التحلل من التريتيوم ، الذي
توقف إنتاجه
في عام 1988 (تم إغلاق آخر مفاعل نووي يعمل بالماء الثقيل في الولايات المتحدة). بعد التريتيوم ، بدأوا في الاستخلاص من مكونات الأسلحة النووية التي أوقفت تشغيلها ، لكن وفقًا لخدمة أبحاث الكونجرس الأمريكي ، لم تؤد هذه المبادرة إلى زيادة كبيرة في المخزونات الاستراتيجية. تمتلك روسيا والولايات المتحدة بعض احتياطياتها ، لكنها
تقترب من نهايتها .
يتفاقم الوضع بسبب إنفاق جزء هام من الهليوم -3 على إنتاج الماسحات الضوئية النيوترونية المستخدمة في نقاط الحدود للبحث عن المواد المشعة. يعد الماسح الضوئي النيوتروني أداة ضرورية في جميع الجمارك الأمريكية منذ عام 2000. نظرًا لعدد من هذه العوامل في الولايات المتحدة ، يتم التحكم في إمدادات الهليوم -3 بالفعل من قبل الوكالات الحكومية التي تصدر حصصًا للمؤسسات العامة والخاصة ، ويخشى خبراء تكنولوجيا المعلومات من أن الجميع سوف يفوتهم الهليوم -3 قريبًا.
كم هو سيء؟
ويعتقد أن نقص الهليوم -3 سيكون له تأثير سلبي على التطورات الكمية. وقال بليك جونسون ، نائب رئيس شركة تصنيع الكم للكمبيوتر Rigetti Computing ، في مقابلة مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تيك ريفيو أن المبردات من الصعب للغاية الحصول عليها. تتفاقم المشاكل بسبب ارتفاع تكلفتها - إذ يتطلب الأمر 40 ألف دولار لملء وحدة تبريد واحدة.
لكن ممثلي D-Wave ، شركة ناشئة أخرى ، يختلفون مع بليك. وفقًا لنائب رئيس المنظمة ، فإن إنتاج كمبيوتر كمومي واحد لا يتطلب سوى كمية صغيرة من الهليوم -3 ، والتي يمكن تسميتها ضئيلة مقارنةً بالحجم الإجمالي المتاح للمادة. لذلك ، فإن عجز المبردات سيكون غير مرئي بالنسبة لصناعة الكم.
بالإضافة إلى اليوم ، يجري تطوير طرق أخرى لاستخراج الهليوم -3 ، لا علاقة لها بالتريتيوم. واحد منهم هو استخراج النظائر من الغاز الطبيعي. أولاً ، إنه يتعرض لتكثيف عميق في درجات حرارة منخفضة ، ثم يمر خلال عمليات الفصل والتصحيح (فصل شوائب الغاز). في السابق ، كان هذا النهج يعتبر غير مكلف اقتصاديًا ، ولكن مع تطور التكنولوجيا ، تغير الوضع. في العام الماضي ،
أعلنت شركة غازبروم عن خطط لبدء إنتاج الهليوم -3.
يضع عدد من الدول خططًا لاستخراج الهليوم -3 على سطح القمر. تحتوي الطبقة السطحية على ما يصل إلى 2.5 مليون طن (علامة التبويب 2) من هذه المادة. وفقا للعلماء ، فإن المورد سوف تستمر لمدة خمسة آلاف سنة. بدأت ناسا بالفعل في ابتكار تصميمات نباتية تعيد تدوير regolith إلى helium-3. تطوير البنية التحتية الأرضية والقمرية المناسبة في الهند والصين . ولكن لوضعها موضع التنفيذ لن يعمل حتى عام 2030.
هناك طريقة أخرى لمنع نقص الهليوم -3 وهي إيجاد بديل له في إنتاج ماسحات النيوترونات. بالمناسبة ، تم
اكتشافه بالفعل في عام 2018 - أصبح بلورات كبريتيد الزنك وفلوريد الليثيوم 6. إنها تجعل من الممكن تسجيل المواد المشعة بدقة تتجاوز 90 ٪.
/ photo IBM Research CC BY-NDمشاكل "الكم" الأخرى
إلى جانب نقص الهليوم ، هناك صعوبات أخرى تعرقل تطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية. الأول هو نقص مكونات الأجهزة. في العالم ، هناك عدد قليل من الشركات الكبيرة المشاركة في تطوير "الحشوة" للآلات الكمومية. في بعض الأحيان يتعين على الشركات الانتظار حتى تنتج نظام تبريد
لأكثر من عام .
يحاول عدد من الدول حل المشكلة من خلال البرامج الحكومية. وقد تم إطلاق هذه المبادرات بالفعل في الولايات المتحدة وأوروبا. على سبيل المثال ، تم إطلاق Delft Circuits في هولندا مؤخرًا بدعم من وزارة الاقتصاد. تعمل في إنتاج مكونات أنظمة الحوسبة الكمومية.
صعوبة أخرى هي نقص المتخصصين. يتزايد الطلب عليهم ، ولكن العثور عليهم ليس بهذه البساطة. وفقًا لما ذكرته صحيفة نيويورك تايمز ، لا يوجد أكثر من ألف من "مهندسي الكم" ذوي الخبرة في العالم. الجامعات التقنية الرائدة تحل المشكلة. على سبيل المثال ، يتم بالفعل
إنشاء البرامج الأولى لتدريب المتخصصين في العمل مع الآلات الكمومية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ويجري أيضا تطوير البرامج الأكاديمية ذات الصلة في مبادرة الكم الوطنية الأمريكية.
بشكل عام ، خبراء تكنولوجيا المعلومات مقتنعون بأن المشاكل التي تواجه منشئي أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن التغلب عليها تمامًا. وفي المستقبل ، يمكن توقع اختراقات تكنولوجية جديدة في هذا المجال.
ما نكتب عنه في أول مدونة IaaS للشركات: