Почему нехватка гелия-3 так критична
Главная особенность квантовых компьютеров — это возможность оперировать кубитами, которые находятся в состоянии суперпозиции. Это значит, что, в отличие от классических битов, они могут единовременно принимать состояние нуля и единицы. Этот эффект позволяет квантовым машинам решать ряд специализированных задач быстрее традиционных систем, например моделировать химические реакции.
С другой стороны, для поддержания состояния суперпозиции необходима стабильная и достаточно низкая температура — близкая к абсолютному нулю. Добиться таких условий можно пока только в лабораториях с помощью специального хладагента — гелия-3.
Как обстоят дела с его доступностью
Дефицит гелия-3 не новость. Дело в том, что он не встречается в естественной природе и в атмосфере планеты его 1,37 части приходится на миллион частей гелия-4. Ранее гелий-3 получали в качестве продукта распада трития, но работу с ним прекратили в 1988 году.
Таким образом, промышленная добыча гелия-3 была существенно сокращена, и мы получили ситуацию, когда стратегические запасы вещества стремительно сокращаются. Проблему подогревает и тот факт, что именно гелий-3 сейчас весьма востребован на производстве сканеров, способных улавливать радиоактивные материалы. Их власти США используют на пограничных пунктах, что является требованием закона, и контролируют поставки гелия-3 на внутреннем рынке США. Такое положение дел может негативным образом сказаться на разработках квантовых вычислительных машин. Как минимум все идет к тому, что стоимость хладагента будет выше. Уже сейчас на заправку одной холодильной установки для таких систем требуется бюджет от 40 тысяч долларов.
Не все так плохо
Многие эксперты говорят, что существующие проблемы вполне преодолимы. Так, в проекте D-Wave подчеркивают, что для работы с квантовыми компьютерами нужно не так много гелия-3 по сравнению с рядом других критически значимых компонентов, и его нехватка на мировом рынке не сможет остановить разработку данных вычислительных систем.
Плюс к этому специалисты прорабатывают альтернативные способы добычи гелия-3: например, из природного газа путем глубокой конденсации при низкой температуре и последующих сепарации и ректификации. Более фантастическая концепция — планы по добыче вещества на Луне, содержащей до 2,5 млн тонн гелия-3 в поверхностном слое.
Что интересно, даже с учетом оптимизма представителей квантовых проектов относительно отсутствия проблем с нехваткой вещества, уже начат поиск альтернатив гелию-3 для производства тех самых сканеров для таможни. В данный момент наиболее оптимальным вариантом считают переход на кристаллы сульфида цинка и фторида лития-6. Они дают высокую точность регистрации радиоактивных материалов и смогут стать полноценной заменой дефицитного гелия-3.
/ фото IBM Research CC BY-ND
Над чем еще придется поработать
Нехватка хладагента — это не единственная проблема сферы квантовых компьютеров. С учетом их небольшого числа пока нельзя говорить о развитых производственных цепочках, что довольно часто приводит к задержкам поставки даже не самых трудоемких компонентов таких машин. Отдельные элементы вроде системы охлаждения проектам приходится ждать по несколько месяцев, а иногда и до одного года. Такое положение дел не устраивает разработчиков, и они обращаются за поддержкой в рамках государственных программ. Кстати, такие программы уже запущены в США и Европе.
Еще одна сложность связана с кадровым голодом. В настоящий момент в мире есть не более тысячи высококвалифицированных специалистов в данной области, и стремительный рост спроса на них подстегивает запуск новых программ обучения. Так, образовательные программы уже запустили в MIT и ряде других организаций.
