Kami berbicara tentang prasyarat dan memberikan pendapat ahli.
/ foto IBM Research CC BY-NDMengapa helium dibutuhkan di komputer kuantum
Sebelum beralih ke cerita tentang situasi dengan kekurangan helium, mari kita bicara tentang mengapa komputer kuantum membutuhkan helium secara umum.
Mesin kuantum beroperasi dengan qubit. Mereka, tidak seperti bit klasik, dapat di negara 0 dan 1 pada saat yang sama - dalam superposisi. Fenomena paralelisme kuantum muncul dalam sistem komputasi ketika operasi dilakukan bersamaan dengan nol dan satu. Fitur ini memungkinkan mesin berbasis qubit untuk memecahkan beberapa masalah lebih cepat dari komputer klasik - misalnya, untuk mensimulasikan reaksi molekuler dan kimia.
Tetapi ada masalah: qubit adalah objek yang rapuh, dan mereka dapat mempertahankan superposisi hanya beberapa nanodetik. Bahkan sedikit fluktuasi suhu merusaknya, apa yang disebut
dekoherensi terjadi. Untuk menghindari penghancuran qubit, komputer kuantum
harus bekerja pada suhu rendah - 10 mK (–273,14 ° C). Untuk mencapai suhu mendekati nol mutlak, perusahaan menggunakan helium cair, atau lebih tepatnya,
helium-3 isotop, yang tidak membeku dalam kondisi ekstrem seperti itu.
Apa masalahnya?
Dalam waktu dekat, industri TI mungkin menghadapi kekurangan helium-3 untuk pengembangan komputer kuantum. Di Bumi, zat ini praktis tidak ditemukan dalam bentuk alami - volumenya di atmosfer planet
ini hanya 0,000137% (1,37 ppm dalam kaitannya dengan helium-4). Helium-3 adalah produk peluruhan tritium, yang produksinya
dihentikan pada tahun 1988 (reaktor nuklir air berat terakhir ditutup di Amerika Serikat). Setelah tritium, mereka mulai mengekstraksi dari komponen senjata nuklir yang dinonaktifkan, tetapi menurut Layanan Penelitian Kongres AS, inisiatif ini tidak secara signifikan meningkatkan cadangan strategis. Rusia dan Amerika Serikat memiliki sebagian dari cadangannya, tetapi
mereka akan segera berakhir .
Situasi ini diperburuk oleh fakta bahwa bagian helium-3 yang cukup signifikan dihabiskan untuk produksi pemindai neutron yang digunakan di titik perbatasan untuk mencari bahan radioaktif. Pemindai neutron telah menjadi alat yang harus dimiliki di semua Pabean AS sejak tahun 2000. Karena sejumlah faktor ini di Amerika Serikat, persediaan helium-3 sudah dikendalikan oleh lembaga pemerintah yang mengeluarkan kuota untuk organisasi publik dan swasta, dan para pakar TI khawatir bahwa helium-3 akan segera mulai dilewatkan oleh semua orang.
Seberapa buruk itu?
Dipercayai bahwa kekurangan helium-3 akan berdampak negatif pada perkembangan kuantum. Blake Johnson, wakil presiden perusahaan komputer kuantum Rigetti Computing, mengatakan dalam sebuah wawancara dengan MIT Tech Review bahwa refrigeran sangat sulit didapat. Masalahnya diperparah oleh biayanya yang tinggi - dibutuhkan 40 ribu dolar untuk mengisi satu unit pendingin.
Tetapi perwakilan D-Wave, startup kuantum lain, tidak setuju dengan Blake. Menurut wakil presiden organisasi itu, produksi satu komputer kuantum hanya membutuhkan sejumlah kecil helium-3, yang dapat disebut tidak signifikan dibandingkan dengan volume total zat yang tersedia. Oleh karena itu, defisit refrigeran tidak akan terlihat oleh industri kuantum.
Plus hari ini, metode lain sedang dikembangkan untuk ekstraksi helium-3, tidak terkait dengan tritium. Salah satunya adalah ekstraksi isotop dari gas alam. Pertama, ia mengalami kondensasi dalam pada suhu rendah, dan kemudian melewati proses pemisahan dan pembetulan (pemisahan kotoran gas). Sebelumnya, pendekatan ini dianggap tidak ekonomis, tetapi dengan perkembangan teknologi, situasinya telah berubah. Tahun lalu,
Gazprom mengumumkan rencana untuk mulai memproduksi helium-3.
Sejumlah negara membuat rencana untuk ekstraksi helium-3 di bulan. Lapisan permukaannya mengandung hingga 2,5 juta ton (tab. 2) zat ini. Menurut para ilmuwan, sumber daya akan berlangsung selama lima milenium. NASA sudah mulai membuat desain pabrik yang mendaur ulang regolith menjadi helium-3. Pengembangan infrastruktur darat dan bulan yang tepat terlibat di India dan Cina . Tetapi untuk mempraktikkannya tidak akan bekerja sampai 2030.
Cara lain untuk mencegah defisiensi helium-3 adalah dengan mencari penggantinya dalam produksi pemindai neutron. Omong-omong, itu
sudah ditemukan pada 2018 - menjadi kristal seng sulfida dan litium-6 fluorida. Mereka memungkinkan untuk merekam bahan radioaktif dengan akurasi melebihi 90%.
/ foto IBM Research CC BY-NDMasalah "kuantum" lainnya
Selain kekurangan helium, ada kesulitan lain yang menghambat pengembangan komputer kuantum. Yang pertama adalah kurangnya komponen perangkat keras. Di dunia ada beberapa perusahaan besar yang terlibat dalam pengembangan "pengisian" untuk mesin kuantum. Terkadang perusahaan harus menunggu sampai mereka menghasilkan sistem pendingin selama
lebih dari setahun .
Sejumlah negara berusaha menyelesaikan masalah melalui program pemerintah. Inisiatif semacam itu telah diluncurkan di AS dan Eropa. Misalnya, baru-baru ini di Belanda, dengan dukungan dari Kementerian Ekonomi, Delft Circuits diluncurkan. Dia terlibat dalam produksi komponen untuk sistem komputasi kuantum.
Kesulitan lain adalah kurangnya spesialis. Permintaan mereka meningkat, tetapi menemukan mereka tidak sesederhana itu. Menurut NYT, tidak ada lebih dari seribu "insinyur kuantum" berpengalaman di dunia. Universitas-universitas teknis terkemuka memecahkan masalah. Sebagai contoh, program pertama untuk pelatihan spesialis dalam bekerja dengan mesin kuantum sudah
dibuat di MIT. Pengembangan program akademik yang relevan juga
dilakukan di American National Quantum Initiative.
Secara umum, para pakar TI yakin bahwa masalah yang dihadapi pencipta komputer kuantum benar-benar dapat diatasi. Dan di masa depan, terobosan teknologi baru di bidang ini dapat diharapkan.
Apa yang kami tulis di blog IaaS perusahaan pertama: