Heelium-3-l (He-3) on ainulaadsed omadused, mis muudavad selle väärtuslikuks mitmes valdkonnas, sealhulgas tuumaenergias ja kvantarvutuses. Kuigi He-3 on väga haruldane ja selle tootmine on keeruline, on sellel kvantarvutuse tuleviku jaoks suur potentsiaali. Selles artiklis süveneme He-3 tarneahela tootmisse ja selle kasutamisse külmaainena kvantarvutites.

Heeliumi 3 tootmine

Hinnanguliselt leidub heelium-3 Maal väga väikestes kogustes. Arvatakse, et suurem osa meie planeedil olevast He-3-st pärineb päikeselt ja teistelt tähtedelt ning seda leidub väikestes kogustes ka Kuu pinnases. Kuigi He-3 kogu globaalne pakkumine pole teada, hinnatakse selle suuruseks paarsada kilogrammi aastas.

He-3 tootmine on keeruline ja väljakutseid pakkuv protsess, mis hõlmab He-3 eraldamist teistest heeliumi isotoopidest. Peamine tootmismeetod on maagaasimaardlate kiiritamine, mille käigus tekib kõrvalproduktina He-3. See meetod on tehniliselt nõudlik, nõuab spetsiaalseid seadmeid ja on kallis protsess. He-3 tootmise maksumus on piiranud selle laialdast kasutamist ning see on endiselt haruldane ja väärtuslik kaup.

Heelium-3 rakendused kvantarvutuses

Kvantarvutus on tärkav valdkond, millel on tohutu potentsiaal revolutsiooniliselt muuta tööstusharusid alates rahandusest ja tervishoiust kuni krüptograafia ja tehisintellektini. Üks peamisi väljakutseid kvantarvutite arendamisel on vajadus külmaaine järele, mis jahutaks kvantbitte (kubitte) optimaalse töötemperatuurini.

He-3 on osutunud suurepäraseks valikuks kubitite jahutamiseks kvantarvutites. He-3-l on mitu omadust, mis muudavad selle selle rakenduse jaoks ideaalseks, sealhulgas madal keemistemperatuur, kõrge soojusjuhtivus ja võime jääda madalatel temperatuuridel vedelaks. Mitmed uurimisrühmad, sealhulgas Austria Innsbrucki ülikooli teadlaste rühm, on demonstreerinud He-3 kasutamist külmutusagensina kvantarvutites. Ajakirjas Nature Communications avaldatud uuringus näitas meeskond, et He-3-d saab kasutada ülijuhtiva kvantprotsessori kubitite jahutamiseks optimaalse töötemperatuurini, mis näitab selle efektiivsust kvantarvutuse külmutusagensina.

Heelium-3 eelised kvantarvutuses

He-3 kasutamisel kvantarvutis külmutusagensina on mitu eelist. Esiteks pakub see kubitidele stabiilsemat keskkonda, vähendades vigade riski ja parandades kvantarvutite töökindlust. See on eriti oluline kvantarvutuse valdkonnas, kus isegi väikesed vead võivad tulemust oluliselt mõjutada.

Teiseks on He-3 keemistemperatuur madalam kui teistel külmaainetel, mis tähendab, et kubiteid saab jahutada jahedamatele temperatuuridele ja need töötavad tõhusamalt. See suurem efektiivsus võib viia kiiremate ja täpsemate arvutusteni, muutes He-3 oluliseks komponendiks kvantarvutite arendamisel.

Lõpuks on He-3 mittetoksiline ja mittesüttiv külmaaine, mis on ohutum ja keskkonnasõbralikum kui teised külmaained, näiteks vedel heelium. Maailmas, kus keskkonnaprobleemid muutuvad üha olulisemaks, pakub He-3 kasutamine kvantarvutuses rohelisemat alternatiivi, mis aitab vähendada tehnoloogia süsiniku jalajälge.

Heelium-3 väljakutsed ja tulevik kvantarvutuses

Vaatamata He-3 ilmsetele eelistele kvantarvutuses on He-3 tootmine ja tarnimine endiselt suureks väljakutseks, millega kaasneb palju tehnilisi, logistilisi ja rahalisi takistusi. He-3 tootmine on keeruline ja kulukas protsess ning isotoobi kättesaadavus on piiratud. Lisaks on He-3 transportimine tootmiskohast lõppkasutuskohta keeruline ülesanne, mis raskendab veelgi selle tarneahelat.

Vaatamata neile väljakutsetele muudavad He-3 potentsiaalsed eelised kvantarvutuses selle väärtuslikuks investeeringuks ning teadlased ja ettevõtted jätkavad selle tootmise ja kasutamise teostamise võimaluste uurimist. He-3 edasine arendamine ja kasutamine kvantarvutuses on paljulubav selle kiiresti kasvava valdkonna tuleviku jaoks.