Επανάσταση στον κβαντικό υπολογισμό: Γερμανοί ερευνητές αναπτύσσουν διαμορφωτές φωτός!

Επανάσταση στον κβαντικό υπολογισμό: Γερμανοί ερευνητές αναπτύσσουν διαμορφωτές φωτός!

Ο κόσμος των τεχνολογιών κβαντικών υπολογιστών λαμβάνει νέα ώθηση μέσω καινοτόμων ερευνητικών έργων που υλοποιούνται σε διάφορα διάσημα ιδρύματα. Επί του παρόντος, τονίζεται ιδιαίτερα το έργο του Xinyu Ma στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης, το οποίο ασχολείται με την ανάπτυξη οπτοηλεκτρονικών διαμορφωτών υψηλής ταχύτητας για κβαντικούς υπολογισμούς με χρήση υπεριώδους (UV) φωτός. Το υπεριώδες φως, γνωστό για την υψηλή του ενέργεια σε μικρά μήκη κύματος, παίζει καθοριστικό ρόλο στην αλληλεπίδραση με άτομα και ιόντα που ονομάζονται qubits, τα οποία είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των κβαντικών υπολογιστών. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ενέκρινε χρηματοδότηση περίπου 218.000 ευρώ για το έργο με τίτλο «High-speed integrated ultra-violet electro-optic modulators» (HEIVOM) για την υποστήριξη της ανάπτυξης που πραγματοποιήθηκε στην ερευνητική ομάδα του καθηγητή Pernice. Η υλοποίηση αυτού του έργου καθοδηγείται από την ουσιαστική ανάγκη ανάπτυξης διαμορφωτών που επιτρέπουν τον αποτελεσματικό έλεγχο του φωτός - έναν τεχνολογικό τομέα που μέχρι στιγμής έχει θεωρηθεί ανεπαρκής uni-heidelberg.de αναφέρθηκε.

Ο Xinyu Ma, ο οποίος έλαβε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο Tsinghua στην Κίνα το 2023, σχεδιάζει να αναπτύξει καινοτόμα οπτοηλεκτρονικά κυκλώματα, διαδικασίες νανοκατασκευής και διαδικασίες τρισδιάστατης νανοεκτύπωσης στην έρευνά του. Αυτές οι τεχνολογίες θα μπορούσαν όχι μόνο να αυξήσουν την απόδοση, αλλά και να δημιουργήσουν νέες δυνατότητες για την παραγωγή και τον έλεγχο του φωτός, κάτι που είναι απαραίτητο για την περαιτέρω ανάπτυξη του κβαντικού υπολογισμού.

Τεχνολογικές προκλήσεις στον κβαντικό υπολογισμό

Η υλοποίηση κβαντικών υπολογιστών που βασίζονται σε φορτισμένα ή ουδέτερα ατομικά qubits είναι ζωτικής σημασίας για να ξεκλειδωθούν τα πλεονεκτήματά τους - συμπεριλαμβανομένης της υψηλής ποιότητας qubit, των εξαιρετικών χρόνων συνοχής και των ποιοτήτων πύλης. Ο ακριβής έλεγχος στις εστιασμένες ακτίνες λέιζερ αντιπροσωπεύει μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις. Αυτή η διαδικασία απαιτεί συγκεκριμένες συσκευές για τη δημιουργία εστιασμένων ακτίνων λέιζερ, συμπεριλαμβανομένων συστημάτων και εξαρτημάτων λέιζερ που επιτρέπουν γρήγορη, κλιμακούμενη και προγραμματιζόμενη διαμόρφωση της έντασης ή της φάσης φωτός. Έχει αυτές τις λεπτομέρειες ipms.fraunhofer.de που πραγματοποιήθηκε.

Ένα ενδιαφέρον στοιχείο σε αυτή την εξέλιξη είναι οι χωρικοί διαμορφωτές φωτός (SLMs), οι οποίοι χρησιμοποιούνται για προγραμματιζόμενη διαμόρφωση και βοηθούν στην πραγματοποίηση αποτελεσματικών διαδικασιών στον κβαντικό υπολογισμό. Ειδικότερα, το έργο SMAQ στο Fraunhofer IPMS εστιάζει στην ανάπτυξη MEMS SLM με μετατόπιση φάσης, περιθλαστικού νεροχύτη-καθρέφτη για κβαντικούς υπολογιστές ουδέτερου ατόμου. Αυτή η τεχνολογία προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους παραδοσιακούς διαμορφωτές που βασίζονται σε υγρούς κρυστάλλους, όπως η πρόσβαση στην φασματική περιοχή υπεριώδους και η ικανότητα να συναρμολογούνται πιο πυκνά ατομικοί καταχωρητές qubit, με αποτέλεσμα την ελαχιστοποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των εικονοστοιχείων διαμορφωτή.

Ανάπτυξη της αγοράς και μελλοντικές προοπτικές

Η ζήτηση για κβαντικούς υπολογιστές αυξάνεται. Η Morgan Stanley προβλέπει ότι η αγορά για κβαντικούς υπολογιστές υψηλής τεχνολογίας θα αυξηθεί στα 10 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως έως το 2025. Οι εταιρείες που εργάζονται ενεργά στην ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών περιλαμβάνουν μεγάλα ονόματα όπως η IBM, η Google και η Alibaba, μαζί με καινοτόμες νεοφυείς εταιρείες όπως η Novarion και η Rigetti. Η ποικιλία των κβαντικών υπολογιστών μπορεί να χωριστεί σε δύο κύριους τύπους: κβαντικούς υπολογιστές γενικής χρήσης, που μπορούν να εκτελέσουν όλους τους τύπους υπολογιστικών λειτουργιών και κβαντικούς ανόπτησης, οι οποίοι είναι απλούστεροι στη δομή και εκτελούν εξειδικευμένες εργασίες. Για παράδειγμα, η VW χρησιμοποιεί έναν κβαντικό ανόπτη από την D-Wave για τη βελτιστοποίηση των ροών κυκλοφορίας από το 2017, ενώ η BMW ερευνά τη βελτιστοποίηση της κατασκευής ρομπότ με κβαντικούς υπολογιστές, όπως π.χ. fraunhofer.de αναφέρθηκε.

Οι εξελίξεις στην τεχνολογία των κβαντικών υπολογιστών οδηγούν σε νέους τρόπους επίλυσης πολύπλοκων προβλημάτων που θέτουν τεράστιες προκλήσεις για τους παραδοσιακούς υπολογιστές. Ένα συναρπαστικό παράδειγμα είναι η ικανότητα αποτελεσματικής αποσύνθεσης μικρών πρώτων αριθμών, κάτι που θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στα υπάρχοντα κρυπτοσυστήματα. Δεδομένων των τεράστιων προκλήσεων που υπάρχουν στη λειτουργία κβαντικών υπολογιστών – όπως η ανάγκη για εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και ηλεκτρομαγνητική θωράκιση – η ενσωμάτωση του κβαντικού υπολογισμού στις υπάρχουσες υποδομές παραμένει μια από τις βασικές προκλήσεις για το μέλλον.