हीलियम की कमी क्वांटम कंप्यूटर के विकास को धीमा कर सकती है - स्थिति पर चर्चा करना

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/ फोटो आईबीएम रिसर्च सीसी बाय-एनडी

क्वांटम कंप्यूटर में हीलियम की आवश्यकता क्यों होती है

हीलियम की कमी के साथ स्थिति के बारे में कहानी की ओर मुड़ने से पहले, आइए बात करते हैं कि क्वांटम कंप्यूटरों को सामान्य रूप से हीलियम की आवश्यकता क्यों है।

क्वांटम मशीनें क्वैब से संचालित होती हैं। वे शास्त्रीय बिट्स के विपरीत, एक ही समय में 0 और 1 राज्यों में हो सकते हैं - सुपरपोजिशन में। क्वांटम समानता की घटना एक कंप्यूटिंग सिस्टम में उत्पन्न होती है जब संचालन शून्य और एक के साथ एक साथ किया जाता है। यह सुविधा शास्त्रीय कंप्यूटरों की तुलना में क्वेट-आधारित मशीनों को कुछ समस्याओं को तेजी से हल करने की अनुमति देती है - उदाहरण के लिए, आणविक और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अनुकरण करने के लिए।

लेकिन एक समस्या है: क्वैब नाजुक वस्तुएं हैं, और वे केवल कुछ नैनोसेकंड के सुपरपोजिशन का समर्थन कर सकते हैं। यहां तक ​​कि एक मामूली तापमान में उतार-चढ़ाव से यह टूट जाता है, तथाकथित विकृति होती है। क्वैब के विनाश से बचने के लिए, क्वांटम कंप्यूटर को कम तापमान पर काम करना पड़ता है - 10 mK (–273.14 ° C)। पूर्ण शून्य के करीब तापमान प्राप्त करने के लिए, कंपनियां तरल हीलियम का उपयोग करती हैं, या बल्कि, हीलियम -3 आइसोटोप का उपयोग करती हैं, जो इस तरह की चरम स्थितियों के तहत जमता नहीं है।

क्या समस्या है

निकट भविष्य में, आईटी उद्योग को क्वांटम कंप्यूटर के विकास के लिए हीलियम -3 की कमी का सामना करना पड़ सकता है। पृथ्वी पर, यह पदार्थ व्यावहारिक रूप से अपने प्राकृतिक रूप में नहीं पाया जाता है - ग्रह के वायुमंडल में इसकी मात्रा केवल 0.000137% (हीलियम -4 के संबंध में 1.37 पीपीएम) है। हीलियम -3 ट्रिटियम का क्षय उत्पाद है, जिसका उत्पादन 1988 में बंद कर दिया गया था (अंतिम भारी जल परमाणु रिएक्टर को संयुक्त राज्य में बंद कर दिया गया था)। ट्रिटियम के बाद, उन्होंने decommissioned परमाणु हथियारों के घटकों से निकलना शुरू कर दिया, लेकिन यूएस कांग्रेसनल रिसर्च सर्विस के अनुसार, इस पहल ने रणनीतिक स्टॉकपाइल्स में काफी वृद्धि नहीं की। रूस और संयुक्त राज्य अमेरिका के पास इसके कुछ भंडार हैं, लेकिन वे समाप्त हो रहे हैं ।

स्थिति इस तथ्य से बढ़ जाती है कि रेडियोधर्मी पदार्थों की खोज के लिए सीमा बिंदुओं पर उपयोग किए जाने वाले न्यूट्रॉन स्कैनर के उत्पादन पर हीलियम -3 का एक महत्वपूर्ण हिस्सा खर्च किया जाता है। 2000 से सभी अमेरिकी सीमा शुल्क पर न्यूट्रॉन स्कैनर एक आवश्यक उपकरण रहा है। संयुक्त राज्य में इन कारकों में से एक के कारण, हीलियम -3 की आपूर्ति पहले से ही सरकारी एजेंसियों द्वारा नियंत्रित की जाती है जो सार्वजनिक और निजी संगठनों को कोटा जारी करते हैं, और आईटी विशेषज्ञों को चिंता है कि जल्द ही हीलियम -3 सभी को याद होने लगेगा।

कितना बुरा है

यह माना जाता है कि हीलियम -3 की कमी से क्वांटम विकास पर नकारात्मक प्रभाव पड़ेगा। क्वांटम कंप्यूटर निर्माण कंपनी रिगेटी कंप्यूटिंग के उपाध्यक्ष ब्लेक जॉनसन ने एमआईटी टेक रिव्यू के साथ एक साक्षात्कार में कहा कि सर्द को प्राप्त करना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। इसकी उच्च लागत से समस्याएं बढ़ जाती हैं - एक प्रशीतन इकाई को भरने में 40 हजार डॉलर लगते हैं।

लेकिन डी-वेव के प्रतिनिधि, एक और क्वांटम स्टार्टअप, ब्लेक से असहमत हैं। संगठन के उपाध्यक्ष के अनुसार, एक क्वांटम कंप्यूटर का उत्पादन हीलियम -3 की थोड़ी मात्रा लेता है, जिसे पदार्थ की कुल उपलब्ध मात्रा की तुलना में नगण्य कहा जा सकता है। इसलिए, रेफ्रिजरेंट घाटा क्वांटम उद्योग के लिए अदृश्य होगा।

साथ ही आज, हीलियम -3 के निष्कर्षण के लिए अन्य तरीकों का विकास किया जा रहा है, जो ट्रिटियम से संबंधित नहीं है। उनमें से एक प्राकृतिक गैस से आइसोटोप का निष्कर्षण है। सबसे पहले, यह कम तापमान पर गहरी संघनन से गुजरता है, और फिर जुदाई और सुधार प्रक्रियाओं (गैस अशुद्धियों के अलगाव) से गुजरता है। पहले, इस दृष्टिकोण को आर्थिक रूप से अक्षम माना जाता था, लेकिन प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, स्थिति बदल गई है। पिछले साल, गजप्रोम ने हीलियम -3 का उत्पादन शुरू करने की योजना की घोषणा की।

कई देश चांद पर हीलियम -3 की निकासी की योजना बना रहे हैं। इसकी सतह परत में इस पदार्थ के 2.5 मिलियन टन (टैब 2) तक होते हैं। वैज्ञानिकों के अनुसार, संसाधन पांच सहस्राब्दी तक चलेगा। नासा ने पहले ही प्लांट डिज़ाइन तैयार करना शुरू कर दिया है, जो रीलोंग को हीलियम -3 में पुन: चक्रित करता है। भारत और चीन में शामिल उपयुक्त स्थलीय और चंद्र बुनियादी ढाँचे का विकास। लेकिन इसे अमल में लाने के लिए 2030 तक काम नहीं किया जाएगा।

हीलियम -3 की कमी को रोकने का एक अन्य तरीका न्यूट्रॉन स्कैनर के उत्पादन में इसके लिए प्रतिस्थापन खोजना है। वैसे, यह पहले से ही 2018 में खोजा गया था - यह जस्ता सल्फाइड और लिथियम -6 फ्लोराइड के क्रिस्टल बन गए। वे 90% से अधिक सटीकता के साथ रेडियोधर्मी सामग्री रिकॉर्ड करना संभव बनाते हैं।


/ फोटो आईबीएम रिसर्च सीसी बाय-एनडी

अन्य "क्वांटम" समस्याएं

हीलियम की कमी के अलावा, अन्य कठिनाइयां हैं जो क्वांटम कंप्यूटर के विकास को बाधित करती हैं। पहला हार्डवेयर घटकों की कमी है। दुनिया में क्वांटम मशीनों के लिए "भरने" के विकास में कुछ बड़े उद्यम शामिल हैं। कभी-कभी कंपनियों को तब तक इंतजार करना पड़ता है जब तक कि वे एक वर्ष से अधिक समय तक शीतलन प्रणाली का उत्पादन नहीं करते हैं।

कई देश सरकारी कार्यक्रमों के माध्यम से समस्या को हल करने की कोशिश कर रहे हैं। इस तरह की पहल अमेरिका और यूरोप में पहले ही शुरू की जा चुकी है। उदाहरण के लिए, हाल ही में नीदरलैंड में, अर्थशास्त्र मंत्रालय के समर्थन से, डेल्फ़्ट सर्किट लॉन्च किया गया था। वह क्वांटम कंप्यूटिंग सिस्टम के लिए घटकों के उत्पादन में लगी हुई है।

एक और कठिनाई विशेषज्ञों की कमी है। उनके लिए मांग बढ़ रही है, लेकिन उन्हें ढूंढना इतना सरल नहीं है। एनवाईटी के अनुसार, दुनिया में एक हजार से अधिक अनुभवी "क्वांटम इंजीनियर" नहीं हैं। तकनीकी विश्वविद्यालयों के प्रमुख समस्या का समाधान करते हैं। उदाहरण के लिए, क्वांटम मशीनों के साथ काम करने वाले प्रशिक्षण विशेषज्ञों के लिए पहला कार्यक्रम पहले ही एमआईटी में बनाया जा रहा है। प्रासंगिक शैक्षिक कार्यक्रमों का विकास भी अमेरिकन नेशनल क्वांटम इनिशिएटिव में किया जा रहा है।

सामान्य तौर पर, आईटी विशेषज्ञों का मानना ​​है कि क्वांटम कंप्यूटर के रचनाकारों के सामने आने वाली समस्याएं पूरी तरह से उल्लेखनीय हैं। और भविष्य में, इस क्षेत्र में नई तकनीकी सफलताओं की उम्मीद की जा सकती है।

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