هلیوم-3 (He-3) دارای خواص منحصر به فردی است که آن را در چندین زمینه از جمله انرژی هسته ای و محاسبات کوانتومی ارزشمند می کند. اگرچه He-3 بسیار نادر است و تولید آن چالش برانگیز است، اما نوید بزرگی برای آینده محاسبات کوانتومی دارد. در این مقاله به بررسی زنجیره تامین تولید He-3 و استفاده از آن به عنوان مبرد در کامپیوترهای کوانتومی خواهیم پرداخت.

تولید هلیوم 3

تخمین زده می شود که هلیوم 3 در مقادیر بسیار کمی در زمین وجود داشته باشد. تصور می شود که بیشتر He-3 در سیاره ما توسط خورشید و سایر ستارگان تولید می شود، و همچنین اعتقاد بر این است که به مقدار کمی در خاک ماه وجود دارد. در حالی که کل عرضه جهانی He-3 ناشناخته است، تخمین زده می شود که در محدوده چند صد کیلوگرم در سال باشد.

تولید He-3 یک فرآیند پیچیده و چالش برانگیز است که شامل جداسازی He-3 از سایر ایزوتوپ های هلیوم است. روش اصلی تولید، تابش ذخایر گاز طبیعی، تولید He-3 به عنوان یک محصول جانبی است. این روش از نظر فنی سخت است، به تجهیزات تخصصی نیاز دارد و فرآیندی پرهزینه است. هزینه تولید He-3 استفاده گسترده از آن را محدود کرده است و همچنان یک کالای کمیاب و ارزشمند است.

کاربردهای هلیوم-3 در محاسبات کوانتومی

محاسبات کوانتومی یک زمینه نوظهور با پتانسیل عظیم برای ایجاد انقلاب در صنایع مختلف از امور مالی و بهداشت و درمان تا رمزنگاری و هوش مصنوعی است. یکی از چالش‌های اصلی در توسعه رایانه‌های کوانتومی، نیاز به مبرد برای خنک کردن بیت‌های کوانتومی (کیوبیت) تا دمای عملیاتی بهینه‌شان است.

ثابت شده است که He-3 یک انتخاب عالی برای خنک کردن کیوبیت ها در کامپیوترهای کوانتومی است. He-3 دارای چندین ویژگی است که آن را برای این کاربرد ایده آل می کند، از جمله نقطه جوش کم، هدایت حرارتی بالا و توانایی مایع ماندن در دماهای پایین. چندین گروه تحقیقاتی، از جمله گروهی از دانشمندان دانشگاه اینسبروک در اتریش، استفاده از He-3 را به عنوان مبرد در رایانه های کوانتومی نشان داده اند. در مطالعه‌ای که در مجله Nature Communications منتشر شد، تیم نشان داد که He-3 می‌تواند برای خنک کردن کیوبیت‌های یک پردازنده کوانتومی ابررسانا تا دمای عملیاتی بهینه استفاده شود و کارایی آن را به عنوان مبرد محاسباتی کوانتومی نشان دهد. جنسیت

مزایای هلیوم-3 در محاسبات کوانتومی

استفاده از He-3 به عنوان مبرد در کامپیوترهای کوانتومی چندین مزیت دارد. اول، محیط پایدارتری برای کیوبیت ها فراهم می کند و خطر خطاها را کاهش می دهد و قابلیت اطمینان رایانه های کوانتومی را بهبود می بخشد. این امر به ویژه در زمینه محاسبات کوانتومی مهم است، جایی که حتی خطاهای کوچک می توانند تأثیر زیادی بر نتیجه داشته باشند.

دوم اینکه He-3 نقطه جوش کمتری نسبت به سایر مبردها دارد، به این معنی که کیوبیت ها را می توان تا دمای سردتر خنک کرد و کارآمدتر عمل کرد. این افزایش راندمان می‌تواند به محاسبات سریع‌تر و دقیق‌تر منجر شود و He-3 را به یک جزء مهم در توسعه رایانه‌های کوانتومی تبدیل کند.

در نهایت، He-3 یک مبرد غیر سمی و غیر قابل اشتعال است که نسبت به سایر مبردها مانند هلیوم مایع ایمن تر و سازگارتر با محیط زیست است. در دنیایی که نگرانی های زیست محیطی اهمیت بیشتری پیدا می کند، استفاده از He-3 در محاسبات کوانتومی جایگزین سبزتری ارائه می دهد که به کاهش ردپای کربن این فناوری کمک می کند.

چالش ها و آینده هلیوم-3 در محاسبات کوانتومی

علیرغم مزایای آشکار He-3 در محاسبات کوانتومی، تولید و عرضه He-3 همچنان یک چالش بزرگ است و بسیاری از موانع فنی، لجستیکی و مالی برای غلبه بر آن وجود دارد. تولید He-3 یک فرآیند پیچیده و پرهزینه است و عرضه محدودی از ایزوتوپ موجود است. علاوه بر این، انتقال He-3 از محل تولید خود به محل مصرف نهایی آن یک کار چالش برانگیز است که زنجیره تامین آن را پیچیده تر می کند.

علی‌رغم این چالش‌ها، مزایای بالقوه He-3 در محاسبات کوانتومی آن را به سرمایه‌گذاری ارزشمندی تبدیل می‌کند و محققان و شرکت‌ها همچنان به کشف راه‌هایی برای تحقق تولید و استفاده از آن می‌پردازند. توسعه مداوم He-3 و استفاده از آن در محاسبات کوانتومی نویدبخش آینده این حوزه به سرعت در حال رشد است.