Гелий-3 (He-3) ядролық энергетика және кванттық есептеулер сияқты бірнеше салада құнды ететін бірегей қасиеттерге ие. He-3 өте сирек кездесетін және өндірісі қиын болғанымен, кванттық есептеулердің болашағы үшін үлкен үміт күттіреді. Бұл мақалада біз He-3 жеткізу тізбегіндегі өндірісті және оны кванттық компьютерлерде салқындатқыш ретінде пайдалануды қарастырамыз.

Гелий 3 өндірісі

Гелий 3 Жерде өте аз мөлшерде кездеседі деп есептеледі. Біздің планетамыздағы He-3-тің көп бөлігі Күн мен басқа жұлдыздардан түзіледі деп есептеледі, сондай-ақ ол Ай топырағында да аз мөлшерде кездеседі деп есептеледі. He-3-тің әлемдік жалпы қоры белгісіз болса да, оның жылына бірнеше жүз килограмм шамасында екені болжануда.

He-3 өндірісі - He-3-ті басқа гелий изотоптарынан бөлуді қамтитын күрделі және қиын процесс. Негізгі өндіріс әдісі - табиғи газ кен орындарын сәулелендіру, He-3-ті қосымша өнім ретінде алу. Бұл әдіс техникалық тұрғыдан күрделі, мамандандырылған жабдықты қажет етеді және қымбат процесс. He-3 өндірісінің құны оның кеңінен қолданылуын шектеді және ол сирек кездесетін және құнды тауар болып қала береді.

Гелий-3-ті кванттық есептеулерде қолдану

Кванттық есептеулер қаржы мен денсаулық сақтаудан бастап криптография мен жасанды интеллектке дейінгі салаларды түбегейлі өзгертуге үлкен әлеуеті бар жаңадан пайда болып келе жатқан сала болып табылады. Кванттық компьютерлерді әзірлеудегі негізгі қиындықтардың бірі - кванттық биттерді (кубиттерді) оңтайлы жұмыс температурасына дейін салқындату үшін салқындатқыш затқа қажеттілік.

He-3 кванттық компьютерлерде кубиттерді салқындату үшін тамаша таңдау болып шықты. He-3 оны осы қолданба үшін өте қолайлы ететін бірнеше қасиеттерге ие, соның ішінде оның төмен қайнау температурасы, жоғары жылу өткізгіштігі және төмен температурада сұйық күйінде қалу мүмкіндігі. Австриядағы Инсбрук университетінің ғалымдар тобын қоса алғанда, бірнеше зерттеу топтары He-3-ті кванттық компьютерлерде хладагент ретінде пайдалануды көрсетті. Nature Communications журналында жарияланған зерттеуде топ He-3-ті аса өткізгіш кванттық процессордың кубиттерін оңтайлы жұмыс температурасына дейін салқындату үшін пайдалануға болатынын көрсетті, бұл оның кванттық есептеу хладагент ретіндегі тиімділігін көрсетеді.

Гелий-3-тің кванттық есептеулердегі артықшылықтары

Кванттық компьютерде He-3-ті салқындатқыш ретінде пайдаланудың бірнеше артықшылықтары бар. Біріншіден, ол кубиттер үшін тұрақты ортаны қамтамасыз етеді, қателіктер қаупін азайтады және кванттық компьютерлердің сенімділігін арттырады. Бұл әсіресе кванттық есептеулер саласында маңызды, мұнда тіпті шағын қателіктер де нәтижеге үлкен әсер етуі мүмкін.

Екіншіден, He-3 басқа хладагенттерге қарағанда қайнау температурасы төмен, бұл кубиттерді төмен температураға дейін салқындатуға және тиімдірек жұмыс істеуге болатынын білдіреді. Бұл тиімділіктің артуы есептеулерді жылдамырақ және дәлірек жүргізуге әкелуі мүмкін, бұл He-3-ті кванттық компьютерлерді әзірлеудегі маңызды құрамдас бөлікке айналдырады.

Соңында, He-3 - сұйық гелий сияқты басқа хладагенттерге қарағанда қауіпсіз және экологиялық таза улы емес, жанбайтын хладагент. Қоршаған ортаға қатысты мәселелер маңызды бола бастаған әлемде He-3-ті кванттық есептеулерде қолдану технологияның көміртегі ізін азайтуға көмектесетін экологиялық таза балама ұсынады.

Гелий-3-тің кванттық есептеулердегі қиындықтары және болашағы

He-3-тің кванттық есептеулердегі айқын артықшылықтарына қарамастан, He-3 өндірісі мен жеткізілімі үлкен қиындық болып қала береді, оны жеңу керек көптеген техникалық, логистикалық және қаржылық кедергілер бар. He-3 өндірісі күрделі және қымбат процесс болып табылады және изотоптың қоры шектеулі. Сонымен қатар, He-3-ті өндіріс орнынан соңғы пайдалану орнына тасымалдау қиын міндет болып табылады, бұл оның жеткізу тізбегін одан әрі қиындатады.

Осы қиындықтарға қарамастан, He-3-тің кванттық есептеулердегі әлеуетті артықшылықтары оны тиімді инвестицияға айналдырады, ал зерттеушілер мен компаниялар оны өндіру мен пайдалануды шындыққа айналдыру жолдарын зерттеуді жалғастыруда. He-3-тің үздіксіз дамуы және оны кванттық есептеулерде қолдану бұл тез дамып келе жатқан саланың болашағы үшін үміт күттіреді.