Revoluce v kvantovém počítání: Němečtí výzkumníci vyvíjejí modulátory světla!

Revoluce v kvantovém počítání: Němečtí výzkumníci vyvíjejí modulátory světla!

Svět kvantových výpočetních technologií dostává nový impuls prostřednictvím inovativních výzkumných projektů realizovaných v různých renomovaných institucích. V současné době je zvláště vyzdvihován projekt Xinyu Ma na univerzitě v Heidelbergu, který se zabývá vývojem vysokorychlostních optoelektronických modulátorů pro kvantové výpočty využívající ultrafialové (UV) světlo. UV světlo, známé svou vysokou energií na krátkých vlnových délkách, hraje zásadní roli při interakci s atomy a ionty zvanými qubits, které jsou nezbytné pro provoz kvantových počítačů. Evropská komise schválila financování ve výši přibližně 218 000 eur na projekt s názvem „Vysokorychlostní integrované ultrafialové elektrooptické modulátory“ (HEIVOM) na podporu vývoje prováděného ve výzkumné skupině prof. Pernice. Implementace tohoto projektu je řízena zásadní potřebou vyvinout modulátory, které umožňují efektivní řízení světla – technologická oblast, která byla dosud považována za nedostatečnou. uni-heidelberg.de hlášeno.

Xinyu Ma, který v roce 2023 získal doktorát na Tsinghua University v Číně, plánuje ve svém výzkumu vyvinout inovativní optoelektronické obvody, procesy nanovýroby a procesy 3D nanotisku. Tyto technologie by mohly nejen zvýšit efektivitu, ale také vytvořit nové možnosti pro produkci a řízení světla, což je zásadní pro další rozvoj kvantového počítání.

Technologické výzvy v kvantovém počítání

Implementace kvantových počítačů založených na nabitých nebo neutrálních atomových qubitech je zásadní pro odemknutí jejich výhod – včetně vysoké kvality qubitů, vynikajících koherenčních časů a kvalit hradel. Přesné ovládání zaostřených laserových paprsků představuje jednu z největších výzev. Tento proces vyžaduje specifická zařízení pro generování zaostřených laserových paprsků, včetně laserových systémů a komponent, které umožňují rychlou, škálovatelnou a programovatelnou modulaci intenzity nebo fáze světla. Má tyto podrobnosti ipms.fraunhofer.de držený.

Zajímavým prvkem v tomto vývoji jsou prostorové světelné modulátory (SLM), které se používají pro programovatelnou modulaci a pomáhají realizovat efektivní procesy v kvantovém počítání. Konkrétně projekt SMAQ ve Fraunhofer IPMS se zaměřuje na vývoj fázově posunutých, difrakčních sink-mirror MEMS SLM pro kvantové počítače s neutrálním atomem. Tato technologie nabízí významné výhody oproti tradičním modulátorům na bázi tekutých krystalů, jako je přístup k ultrafialovému spektrálnímu rozsahu a schopnost sestavit atomové qubitové registry hustěji, což vede k minimalizaci přeslechů mezi pixely modulátoru.

Vývoj trhu a vyhlídky do budoucna

Poptávka po kvantových počítačích roste. Morgan Stanley předpovídá, že trh špičkových kvantových počítačů poroste do roku 2025 na 10 miliard dolarů ročně. Mezi společnosti, které aktivně pracují na vývoji kvantových počítačů, patří velká jména jako IBM, Google a Alibaba, vedle inovativních start-upů jako Novarion a Rigetti. Rozmanitost kvantových počítačů lze rozdělit do dvou hlavních typů: univerzální kvantové počítače, které mohou provádět všechny typy výpočetních operací, a kvantové žíhače, které mají jednodušší strukturu a vykonávají specializované úkoly. Například VW od roku 2017 používá kvantový žíhač od D-Wave k optimalizaci dopravních toků, zatímco BMW zkoumá optimalizaci výrobních robotů pomocí kvantových počítačů, jako je např. fraunhofer.de hlášeno.

Vývoj v oblasti kvantové výpočetní techniky vede k novým způsobům řešení složitých problémů, které představují pro tradiční počítače obrovské výzvy. Vzrušujícím příkladem je schopnost efektivně rozkládat malá prvočísla, což by mohlo mít významné důsledky pro existující kryptosystémy. Vzhledem k obrovským výzvám, které existují při provozování kvantových počítačů – jako je potřeba extrémně nízkých teplot a elektromagnetického stínění – zůstává integrace kvantových výpočtů do stávajících infrastruktur jednou z klíčových výzev budoucnosti.