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/ photo IBM Research CC BY-NDPourquoi l'hélium est nécessaire dans les ordinateurs quantiques
Avant de passer à l'histoire de la situation avec un manque d'hélium, parlons pourquoi les ordinateurs quantiques ont besoin d'hélium en général.
Les machines quantiques fonctionnent avec des qubits. Contrairement aux bits classiques, ils peuvent être dans les états 0 et 1 en même temps - en superposition. Le phénomène de parallélisme quantique apparaît dans un système informatique lorsque les opérations sont effectuées simultanément avec zéro et un. Cette fonctionnalité permet aux machines à base de qubit de résoudre certains problèmes plus rapidement que les ordinateurs classiques - par exemple, pour simuler des réactions moléculaires et chimiques.
Mais il y a un problème: les qubits sont des objets fragiles, et ils ne peuvent maintenir la superposition que quelques nanosecondes. Même une légère fluctuation de température le rompt, une soi-disant
décohérence se produit. Pour éviter la destruction des qubits, les ordinateurs quantiques
doivent fonctionner à basse température - 10 mK (–273,14 ° C). Pour atteindre des températures proches du zéro absolu, les entreprises utilisent de l'hélium liquide, ou plutôt l'isotope
hélium-3 , qui ne se solidifie pas dans des conditions aussi extrêmes.
Quel est le problème
Dans un avenir proche, l'industrie informatique pourrait être confrontée à une pénurie d'hélium-3 pour le développement d'ordinateurs quantiques. Sur Terre, cette substance ne se trouve pratiquement pas sous sa forme naturelle - son volume dans l'atmosphère de la planète
n'est que de 0,000137% (1,37 ppm par rapport à l'hélium-4). L'hélium-3 est le produit de désintégration du tritium, dont la production a été
arrêtée en 1988 (le dernier réacteur nucléaire à eau lourde a été fermé aux États-Unis). Après le tritium, ils ont commencé à extraire des composants des armes nucléaires déclassées, mais selon le Congressional Research Service des États-Unis, cette initiative n'a pas augmenté de manière significative les stocks stratégiques. La Russie et les États-Unis ont une partie de leurs réserves, mais
elles arrivent à leur fin .
La situation est aggravée par le fait qu'une part assez importante de l'hélium-3 est consacrée à la production de scanners à neutrons utilisés aux postes frontières pour rechercher des matières radioactives. Un scanner à neutrons est un outil indispensable à toutes les douanes américaines depuis 2000. En raison d'un certain nombre de ces facteurs aux États-Unis, les approvisionnements en hélium-3 sont déjà contrôlés par des organismes gouvernementaux qui attribuent des quotas aux organisations publiques et privées, et les experts informatiques craignent que l'hélium-3 ne soit bientôt oublié par quiconque le souhaite.
À quel point est-ce mauvais
On pense que le manque d'hélium-3 aura un impact négatif sur les développements quantiques. Blake Johnson, vice-président de la société de fabrication d'ordinateurs quantiques Rigetti Computing, a déclaré dans une interview avec MIT Tech Review que le réfrigérant est incroyablement difficile à obtenir. Les problèmes sont aggravés par son coût élevé - il faut 40 000 dollars pour remplir une unité de réfrigération.
Mais les représentants de D-Wave, une autre startup quantique, ne sont pas d'accord avec Blake. Selon
le vice-président de l'organisation, la production d'un ordinateur quantique ne prend qu'une petite quantité d'hélium-3, qui peut être qualifiée d'insignifiante par rapport au volume total disponible de la substance. Par conséquent, le déficit de réfrigérant sera invisible pour l'industrie quantique.
De plus, aujourd'hui, d'autres méthodes sont en cours d'élaboration pour l'extraction de l'hélium-3, sans rapport avec le tritium. L'un d'eux est l'extraction d'isotopes du gaz naturel. Tout d'abord, il subit une condensation profonde à basse température, puis passe par des processus de séparation et de rectification (séparation des impuretés gazeuses). Auparavant, cette approche était considérée comme économiquement inopportune, mais avec le développement de la technologie, la situation a changé. L'an dernier,
Gazprom a annoncé son intention de commencer à produire de l'hélium-3.
Un certain nombre de pays prévoient d'extraire de l'hélium-3 sur la lune. Sa couche superficielle contient jusqu'à 2,5 millions de tonnes (tab. 2) de cette substance. Selon les scientifiques, la ressource durera cinq millénaires. La NASA a déjà commencé à créer des conceptions d'usines qui recyclent le régolithe en hélium-3. Le développement d'infrastructures terrestres et lunaires appropriées impliquées en Inde et en Chine . Mais la mettre en pratique ne fonctionnera pas avant 2030.
Une autre façon de prévenir une carence en hélium-3 consiste à en trouver un remplaçant dans la production de scanners à neutrons. À propos, il a
déjà été
découvert en 2018 - il est devenu des cristaux de sulfure de zinc et de fluorure de lithium-6. Ils permettent d'enregistrer des matières radioactives avec une précision supérieure à 90%.
/ photo IBM Research CC BY-NDAutres problèmes «quantiques»
Outre la carence en hélium, d'autres difficultés entravent le développement des ordinateurs quantiques. Le premier est un manque de composants matériels. Dans le monde, il y a peu de grandes entreprises impliquées dans le développement du "remplissage" pour les machines quantiques. Parfois, les entreprises doivent attendre jusqu'à ce qu'elles produisent un système de refroidissement pendant
plus d'un an .
Un certain nombre de pays tentent de résoudre le problème par le biais de programmes gouvernementaux. De telles initiatives ont déjà été lancées aux États-Unis et en Europe. Par exemple, plus récemment aux Pays-Bas, avec le soutien du ministère de l'Économie, Delft Circuits a été lancé. Elle est engagée dans la production de composants pour les systèmes informatiques quantiques.
Une autre difficulté est le manque de spécialistes. Leur demande augmente, mais les trouver n'est pas si simple. Selon
le NYT, il n'y a pas plus de mille «ingénieurs quantiques» expérimentés dans le monde. Les grandes universités techniques résolvent le problème. Par exemple, les premiers programmes de formation de spécialistes à l'utilisation des machines quantiques sont déjà en cours de
création au MIT. L'élaboration de programmes universitaires pertinents est également en cours à l'American National Quantum Initiative.
En général, les experts en informatique sont convaincus que les problèmes auxquels sont confrontés les créateurs d'ordinateurs quantiques sont complètement surmontables. Et à l'avenir, de nouvelles percées technologiques dans ce domaine sont à prévoir.
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