Helium-3 (He-3) heeft unieke eigenschappen die het waardevol maken in diverse vakgebieden, waaronder kernenergie en kwantumcomputing. Hoewel He-3 zeer zeldzaam is en de productie ervan een uitdaging vormt, biedt het grote mogelijkheden voor de toekomst van kwantumcomputing. In dit artikel gaan we dieper in op de toeleveringsketen van de productie van He-3 en het gebruik ervan als koelmiddel in kwantumcomputers.

Productie van helium 3

Er wordt geschat dat helium-3 in zeer kleine hoeveelheden op aarde voorkomt. Het grootste deel van het helium-3 op onze planeet is vermoedelijk afkomstig van de zon en andere sterren, en men vermoedt dat het ook in kleine hoeveelheden in de maanbodem aanwezig is. Hoewel de totale wereldwijde hoeveelheid helium-3 onbekend is, wordt deze geschat op enkele honderden kilogrammen per jaar.

De productie van He-3 is een complex en uitdagend proces waarbij He-3 van andere heliumisotopen moet worden gescheiden. De belangrijkste productiemethode is het bestralen van aardgasafzettingen, waarbij He-3 als bijproduct ontstaat. Deze methode is technisch veeleisend, vereist gespecialiseerde apparatuur en is een kostbaar proces. De hoge productiekosten van He-3 hebben het wijdverbreide gebruik ervan beperkt, waardoor het een zeldzaam en waardevol goed blijft.

Toepassingen van helium-3 in kwantumcomputing

Kwantumcomputing is een opkomend vakgebied met een enorm potentieel om industrieën te revolutioneren, van financiën en gezondheidszorg tot cryptografie en kunstmatige intelligentie. Een van de grootste uitdagingen bij de ontwikkeling van kwantumcomputers is de behoefte aan een koelmiddel om de kwantumbits (qubits) op hun optimale bedrijfstemperatuur te houden.

He-3 is een uitstekende keuze gebleken voor het koelen van qubits in kwantumcomputers. He-3 heeft verschillende eigenschappen die het ideaal maken voor deze toepassing, waaronder het lage kookpunt, de hoge thermische geleidbaarheid en het vermogen om vloeibaar te blijven bij lage temperaturen. Verschillende onderzoeksgroepen, waaronder een groep wetenschappers van de Universiteit van Innsbruck in Oostenrijk, hebben het gebruik van He-3 als koelmiddel in kwantumcomputers aangetoond. In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications toonde het team aan dat He-3 kan worden gebruikt om de qubits van een supergeleidende kwantumprocessor te koelen tot een optimale bedrijfstemperatuur, waarmee de effectiviteit ervan als koelmiddel voor kwantumcomputers werd aangetoond.

Voordelen van helium-3 in kwantumcomputing

Het gebruik van He-3 als koelmiddel in een kwantumcomputer biedt verschillende voordelen. Ten eerste zorgt het voor een stabielere omgeving voor qubits, waardoor het risico op fouten afneemt en de betrouwbaarheid van kwantumcomputers verbetert. Dit is vooral belangrijk in de kwantumcomputing, waar zelfs kleine fouten een grote impact kunnen hebben op het resultaat.

Ten tweede heeft He-3 een lager kookpunt dan andere koelmiddelen, wat betekent dat qubits tot lagere temperaturen kunnen worden gekoeld en efficiënter kunnen werken. Deze verhoogde efficiëntie kan leiden tot snellere en nauwkeurigere berekeningen, waardoor He-3 een belangrijk onderdeel wordt in de ontwikkeling van kwantumcomputers.

Ten slotte is He-3 een niet-giftig en niet-ontvlambaar koelmiddel dat veiliger en milieuvriendelijker is dan andere koelmiddelen zoals vloeibaar helium. In een wereld waarin milieuoverwegingen steeds belangrijker worden, biedt het gebruik van He-3 in kwantumcomputers een groener alternatief dat de CO2-uitstoot van de technologie helpt verminderen.

Uitdagingen en toekomst van helium-3 in de kwantumcomputing

Ondanks de duidelijke voordelen van He-3 in de kwantumcomputing, blijven de productie en levering van He-3 een grote uitdaging, met veel technische, logistieke en financiële obstakels die overwonnen moeten worden. De productie van He-3 is een complex en kostbaar proces, en er is een beperkte hoeveelheid van het isotoop beschikbaar. Daarnaast is het transport van He-3 van de productielocatie naar de eindgebruiker een lastige opgave, wat de toeleveringsketen verder compliceert.

Ondanks deze uitdagingen maken de potentiële voordelen van He-3 in de kwantumcomputing het een waardevolle investering, en onderzoekers en bedrijven blijven manieren onderzoeken om de productie en het gebruik ervan te realiseren. De verdere ontwikkeling van He-3 en het gebruik ervan in de kwantumcomputing biedt veelbeloofde perspectieven voor de toekomst van dit snelgroeiende vakgebied.