يتميز الهيليوم-3 (He-3) بخصائص فريدة تجعله قيّمًا في مجالات متعددة، بما في ذلك الطاقة النووية والحوسبة الكمومية. ورغم ندرة الهيليوم-3 وصعوبة إنتاجه، إلا أنه يحمل آمالًا واعدة لمستقبل الحوسبة الكمومية. في هذه المقالة، سنتناول إنتاج الهيليوم-3 في سلسلة التوريد واستخدامه كمبرد في الحواسيب الكمومية.

إنتاج الهيليوم 3

يُقدَّر وجود الهيليوم 3 بكميات ضئيلة جدًا على الأرض. ويُعتقد أن معظم الهيليوم 3 على كوكبنا يُنتَج من الشمس والنجوم الأخرى، ويُعتقد أيضًا أنه موجود بكميات ضئيلة في تربة القمر. وبينما لا يزال إجمالي مخزون الهيليوم 3 العالمي غير معروف، يُقدَّر أنه في حدود بضع مئات الكيلوجرامات سنويًا.

يُعد إنتاج الهيليوم-3 عمليةً معقدةً وصعبةً، تتضمن فصله عن نظائر الهيليوم الأخرى. وتتمثل طريقة الإنتاج الرئيسية في تعريض رواسب الغاز الطبيعي للإشعاع، مما ينتج الهيليوم-3 كمنتج ثانوي. وتتطلب هذه الطريقة تقنياتٍ معقدة، ومعداتٍ متخصصة، كما أنها عمليةٌ مكلفة. وقد حدّت تكلفة إنتاج الهيليوم-3 من انتشار استخدامه، ولا يزال سلعةً نادرةً وقيّمةً.

تطبيقات الهيليوم-3 في الحوسبة الكمومية

الحوسبة الكمومية مجال ناشئ ذو إمكانات هائلة لإحداث ثورة في قطاعات متنوعة، من التمويل والرعاية الصحية إلى التشفير والذكاء الاصطناعي. ومن التحديات الرئيسية في تطوير الحواسيب الكمومية الحاجة إلى مُبرِّد لتبريد البتات الكمومية (الكيوبتات) إلى درجة حرارة تشغيلها المثلى.

أثبت الهيليوم-3 أنه خيار ممتاز لتبريد البتات الكمومية في الحواسيب الكمومية. يتميز الهيليوم-3 بخصائص عديدة تجعله مثاليًا لهذا التطبيق، بما في ذلك درجة غليانه المنخفضة، وموصليته الحرارية العالية، وقدرته على البقاء سائلاً في درجات حرارة منخفضة. وقد برهنت عدة مجموعات بحثية، بما في ذلك مجموعة من العلماء في جامعة إنسبروك في النمسا، على استخدام الهيليوم-3 كمبرد في الحواسيب الكمومية. وفي دراسة نُشرت في مجلة Nature Communications، أظهر الفريق إمكانية استخدام الهيليوم-3 لتبريد البتات الكمومية لمعالج كمومي فائق التوصيل إلى درجة حرارة تشغيل مثالية، مما يُثبت فعاليته كمبرد للحوسبة الكمومية.

مزايا الهيليوم-3 في الحوسبة الكمومية

هناك العديد من المزايا لاستخدام He-3 كمُبرِّد في الحاسوب الكمومي. أولًا، يُوفِّر بيئةً أكثر استقرارًا للبتات الكمومية، مما يُقلِّل من خطر الأخطاء ويُحسِّن موثوقية الحواسيب الكمومية. وهذا مهمٌّ بشكل خاص في مجال الحوسبة الكمومية، حيث يُمكن لأصغر الأخطاء أن تُؤثِّر تأثيرًا كبيرًا على النتيجة.

ثانيًا، يتميز الهيليوم-3 بدرجة غليان أقل من المبردات الأخرى، مما يعني إمكانية تبريد البتات الكمومية إلى درجات حرارة أقل والعمل بكفاءة أكبر. قد تؤدي هذه الكفاءة المتزايدة إلى حسابات أسرع وأكثر دقة، مما يجعل الهيليوم-3 عنصرًا مهمًا في تطوير الحواسيب الكمومية.

وأخيرًا، يُعد الهيليوم-3 مُبرِّدًا غير سام وغير قابل للاشتعال، وهو أكثر أمانًا وصديقًا للبيئة من مُبرِّدات أخرى مثل الهيليوم السائل. في عالمٍ تتزايد فيه أهمية الاهتمام بالبيئة، يُوفر استخدام الهيليوم-3 في الحوسبة الكمومية بديلًا صديقًا للبيئة يُساعد في تقليل البصمة الكربونية لهذه التقنية.

تحديات ومستقبل الهيليوم-3 في الحوسبة الكمومية

على الرغم من المزايا الواضحة للهيليوم-3 في الحوسبة الكمومية، إلا أن إنتاجه وتوريده لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا، مع العديد من العقبات التقنية واللوجستية والمالية التي يجب التغلب عليها. يُعد إنتاج الهيليوم-3 عملية معقدة ومكلفة، ومخزون النظير المتوفر منه محدود. إضافةً إلى ذلك، يُعد نقل الهيليوم-3 من موقع إنتاجه إلى موقع استخدامه النهائي مهمةً شاقة، مما يزيد من تعقيد سلسلة توريده.

على الرغم من هذه التحديات، فإن المزايا المحتملة لـ He-3 في الحوسبة الكمومية تجعله استثمارًا مجديًا، ويواصل الباحثون والشركات استكشاف سبل جعل إنتاجه واستخدامه واقعًا ملموسًا. ويحمل التطوير المستمر لـ He-3 واستخدامه في الحوسبة الكمومية بصيص أمل لمستقبل هذا المجال سريع النمو.