Revolutsioon kvantarvutuses: Saksa teadlased töötavad välja valgusmodulaatoreid!

Revolutsioon kvantarvutuses: Saksa teadlased töötavad välja valgusmodulaatoreid!

Kvantarvutustehnoloogiate maailm saab uut hoogu tänu uuenduslikele uurimisprojektidele, mida viiakse ellu erinevates tunnustatud asutustes. Praegu on eriti esile tõstetud Heidelbergi ülikooli Xinyu Ma projekt, mis tegeleb ultraviolettvalgust (UV) valgust kasutavate kvantarvutuste jaoks mõeldud kiirete optoelektrooniliste modulaatorite väljatöötamisega. UV-valgus, mis on tuntud oma kõrge energia tõttu lühikestel lainepikkustel, mängib üliolulist rolli interaktsioonis aatomite ja ioonidega, mida nimetatakse kubitideks, mis on kvantarvutite tööks hädavajalikud. Euroopa Komisjon on heaks kiitnud ligikaudu 218 000 euro suuruse projekti „Kiire kiirusega integreeritud ultraviolettkiirguse elektro-optilised modulaatorid” (HEIVOM), et toetada prof. Pernice'i uurimisrühmas läbiviidavat arendustööd. Selle projekti elluviimise ajendiks on hädavajalik vajadus töötada välja modulaatorid, mis võimaldavad valgust tõhusalt juhtida – tehnoloogiline valdkond, mida seni on peetud ebapiisavaks. uni-heidelberg.de teatatud.

2023. aastal Hiinas Tsinghua ülikoolis doktorikraadi saanud Xinyu Ma plaanib oma teadustöös arendada uuenduslikke optoelektroonilisi lülitusi, nanotootmisprotsesse ja 3D nanoprintimise protsesse. Need tehnoloogiad ei saa mitte ainult suurendada tõhusust, vaid luua ka uusi võimalusi valguse tootmiseks ja juhtimiseks, mis on kvantarvutuse edasiseks arendamiseks hädavajalik.

Tehnoloogilised väljakutsed kvantarvutuses

Laetud või neutraalsetel aatomkubitidel põhinevate kvantarvutite rakendamine on nende eeliste – sealhulgas kõrge kubitikvaliteedi, suurepäraste koherentsusaegade ja väravakvaliteedi – avamiseks ülioluline. Fokuseeritud laserkiirte täpne juhtimine on üks suurimaid väljakutseid. See protsess nõuab spetsiifilisi seadmeid fokuseeritud laserkiirte genereerimiseks, sealhulgas lasersüsteeme ja komponente, mis võimaldavad valguse intensiivsuse või faasi kiiret, skaleeritavat ja programmeeritavat moduleerimist. Sellel on need üksikasjad ipms.fraunhofer.de peetud.

Selle arenduse huvitavaks elemendiks on ruumilised valgusmodulaatorid (SLM), mida kasutatakse programmeeritavaks moduleerimiseks ja mis aitavad kvantarvutuses tõhusaid protsesse realiseerida. Eelkõige keskendub Fraunhoferi IPMS-i SMAQ projekt neutraalsete aatomitega kvantarvutite jaoks faasinihkega, difraktsiooniga valamu-peegli MEMS SLM-ide arendamisele. See tehnoloogia pakub olulisi eeliseid võrreldes traditsiooniliste vedelkristallipõhiste modulaatoritega, nagu juurdepääs ultraviolettkiirguse spektrivahemikule ja võime koondada aatomi kubitiregistreid tihedamalt, mille tulemuseks on modulaatori pikslite vahelise läbirääkimise minimeerimine.

Turu areng ja tulevikuväljavaated

Nõudlus kvantarvutite järele kasvab. Morgan Stanley ennustab, et tipptasemel kvantarvutite turg kasvab 2025. aastaks 10 miljardi dollarini aastas. Aktiivselt kvantarvutite arendamisega tegelevate ettevõtete seas on sellised suured nimed nagu IBM, Google ja Alibaba ning uuenduslikud idufirmad nagu Novarion ja Rigetti. Kvantarvutite mitmekesisuse võib jagada kahte põhitüüpi: üldotstarbelised kvantarvutid, mis suudavad sooritada igat tüüpi arvutustoiminguid, ja kvantannilerid, mis on struktuurilt lihtsamad ja täidavad eriülesandeid. Näiteks VW kasutab alates 2017. aastast liiklusvoogude optimeerimiseks D-Wave’i kvantannileri, BMW aga uurib tootmisrobotite optimeerimist kvantarvutitega, nagu näiteks fraunhofer.de teatatud.

Kvantarvutustehnoloogia areng toob kaasa uusi viise, kuidas lahendada keerulisi probleeme, mis esitavad traditsioonilistele arvutitele tohutuid väljakutseid. Põnev näide on võime väikeste algarvude tõhusaks lagundamiseks, millel võib olla oluline mõju olemasolevatele krüptosüsteemidele. Arvestades tohutuid väljakutseid, mis seisavad kvantarvutite töös – nagu vajadus äärmiselt madalate temperatuuride ja elektromagnetilise varjestuse järele –, jääb kvantarvutuste integreerimine olemasolevatesse infrastruktuuridesse üheks tuleviku peamiseks väljakutseks.