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/ foto IBM Research CC BY-NDPor que o hélio é necessário em computadores quânticos
Antes de voltarmos à história sobre a situação com falta de hélio, vamos falar sobre por que os computadores quânticos precisam de hélio em geral.
Máquinas quânticas operam com qubits. Eles, diferentemente dos bits clássicos, podem estar nos estados 0 e 1 ao mesmo tempo - em superposição. No sistema de computação, o fenômeno do paralelismo quântico ocorre quando as operações são executadas simultaneamente com zero e um. Esse recurso permite que máquinas baseadas em qubit resolvam alguns problemas mais rapidamente que os computadores clássicos - por exemplo, para simular reações moleculares e químicas.
Mas há um problema: os qubits são objetos frágeis e podem suportar a superposição de apenas alguns nanossegundos. Mesmo uma ligeira flutuação de temperatura a interrompe, ocorre a chamada
decoerência . Para evitar a destruição de qubits, os computadores quânticos
precisam trabalhar a baixas temperaturas - 10 mK (–273,14 ° C). Para atingir temperaturas próximas ao zero absoluto, as empresas usam hélio líquido, ou melhor, o isótopo de
hélio-3 , que não se solidifica sob condições tão extremas.
Qual é o problema
Num futuro próximo, o setor de TI pode enfrentar uma escassez de hélio-3 para o desenvolvimento de computadores quânticos. Na Terra, essa substância praticamente não é encontrada em sua forma natural - seu volume na atmosfera do planeta
é de apenas 0,000137% (1,37 ppm em relação ao hélio-4). O hélio-3 é um produto de decaimento do trítio, cuja produção foi
interrompida em 1988 (o último reator nuclear de água pesada foi fechado nos EUA). Após o trítio, eles começaram a extrair dos componentes das armas nucleares desativadas, mas, segundo o Serviço de Pesquisa do Congresso dos EUA, essa iniciativa não aumentou significativamente os estoques estratégicos. A Rússia e os Estados Unidos têm algumas de suas reservas, mas
estão chegando ao fim .
A situação é agravada pelo fato de uma parte bastante significativa do hélio-3 ser gasta na produção de scanners de nêutrons usados nos pontos de fronteira para procurar materiais radioativos. Um scanner de nêutrons é uma ferramenta indispensável em todas as alfândegas dos EUA desde 2000. Devido a vários desses fatores nos Estados Unidos, os suprimentos de hélio-3 já são controlados por agências governamentais que emitem cotas para organizações públicas e privadas, e os especialistas em TI temem que o hélio-3 em breve comece a ser desperdiçado por quem quiser.
Quão ruim é
Acredita-se que a falta de hélio-3 tenha um impacto negativo no desenvolvimento quântico. Blake Johnson, vice-presidente da empresa de fabricação de computadores quânticos Rigetti Computing, disse em entrevista à MIT Tech Review que o refrigerante é incrivelmente difícil de obter. Os problemas são agravados pelo seu alto custo - são necessários 40 mil dólares para encher uma unidade de refrigeração.
Mas os representantes da D-Wave, outra startup quântica, discordam de Blake. Segundo
o vice-presidente da organização, a produção de um computador quântico consome apenas uma pequena quantidade de hélio-3, que pode ser chamado de insignificante em comparação com o volume total disponível da substância. Portanto, o déficit de refrigerante será invisível para a indústria quântica.
Além disso, hoje em dia, outros métodos estão sendo desenvolvidos para a extração de hélio-3, não relacionados ao trítio. Um deles é a extração de isótopos do gás natural. Primeiro, sofre condensação profunda a baixas temperaturas e depois passa por processos de separação e retificação (separação de impurezas gasosas). Anteriormente, essa abordagem era considerada economicamente inconveniente, mas com o desenvolvimento da tecnologia, a situação mudou. No ano passado, a
Gazprom anunciou planos para começar a produzir hélio-3.
Vários países estão fazendo planos para a extração de hélio-3 na lua. Sua camada superficial contém até 2,5 milhões de toneladas (tab. 2) desta substância. Segundo os cientistas, o recurso durará cinco milênios. A NASA já começou a criar projetos de plantas que reciclam o regolito em hélio-3. O desenvolvimento de infra-estrutura terrestre e lunar apropriada envolvida na Índia e na China . Mas colocá-lo em prática não funcionará até 2030.
Outra maneira de prevenir a deficiência de hélio-3 é encontrar um substituto para ela na produção de scanners de nêutrons. A propósito, ele
já foi
descoberto em 2018 - tornou-se cristais de sulfeto de zinco e fluoreto de lítio-6. Eles possibilitam o registro de materiais radioativos com uma precisão superior a 90%.
/ foto IBM Research CC BY-NDOutros problemas "quânticos"
Além da deficiência de hélio, existem outras dificuldades que impedem o desenvolvimento de computadores quânticos. O primeiro é a falta de componentes de hardware. No mundo, existem poucas grandes empresas envolvidas no desenvolvimento do "enchimento" para máquinas quânticas. Às vezes, as empresas precisam esperar até que produzam um sistema de refrigeração por
mais de um ano .
Vários países estão tentando resolver o problema através de programas governamentais. Tais iniciativas já foram lançadas nos EUA e na Europa. Por exemplo, mais recentemente na Holanda, com o apoio do Ministério da Economia, foi lançado o Delft Circuits. Ela está envolvida na produção de componentes para sistemas de computação quântica.
Outra dificuldade é a falta de especialistas. A demanda por eles está crescendo, mas encontrá-los não é tão simples. Segundo o NYT, não existem mais de mil "engenheiros quânticos" experientes no mundo. As principais universidades técnicas resolvem o problema. Por exemplo, os primeiros programas para treinar especialistas no trabalho com máquinas quânticas já estão sendo
criados no MIT. O desenvolvimento de programas acadêmicos relevantes também está sendo
realizado na American National Quantum Initiative.
Em geral, os especialistas em TI estão convencidos de que os problemas enfrentados pelos criadores de computadores quânticos são completamente superáveis. E no futuro, novos avanços tecnológicos nessa área podem ser esperados.
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