Kvanttilaskennan vallankumous: Saksalaiset tutkijat kehittävät valomodulaattoreita!

Kvanttilaskennan vallankumous: Saksalaiset tutkijat kehittävät valomodulaattoreita!

Kvanttilaskentateknologioiden maailma saa uutta sysäystä innovatiivisten tutkimusprojektien kautta, joita toteutetaan useissa tunnetuissa instituutioissa. Tällä hetkellä erityisesti korostuu Heidelbergin yliopiston Xinyu Ma -projekti, joka käsittelee nopeiden optoelektronisten modulaattoreiden kehittämistä kvanttilaskentaan ultraviolettivaloa (UV) hyödyntäen. UV-valolla, joka tunnetaan korkeasta energiastaan ​​lyhyillä aallonpituuksilla, on ratkaiseva rooli vuorovaikutuksessa atomien ja ionien kanssa, joita kutsutaan kubiteiksi, jotka ovat välttämättömiä kvanttitietokoneiden toiminnalle. Euroopan komissio on hyväksynyt noin 218 000 euron rahoituksen "High-speed Integrated Ultra-violet electro-optic modulators" (HEIVOM) -projektille tukemaan professori Pernicen tutkimusryhmässä tekemää kehitystä. Tämän hankkeen toteuttamisen taustalla on välttämätön tarve kehittää modulaattoreita, jotka mahdollistavat valon tehokkaan ohjauksen – teknologinen alue, jota on toistaiseksi pidetty riittämättömänä uni-heidelberg.de raportoitu.

Xinyu Ma, joka väitteli tohtoriksi Tsinghuan yliopistosta Kiinassa vuonna 2023, aikoo kehittää tutkimuksessaan innovatiivisia optoelektronisia piirejä, nanovalmistusprosesseja ja 3D-nanotulostusprosesseja. Nämä tekniikat voisivat paitsi lisätä tehokkuutta, myös luoda uusia mahdollisuuksia tuottaa ja ohjata valoa, mikä on välttämätöntä kvanttilaskennan jatkokehityksen kannalta.

Kvanttilaskennan teknologiset haasteet

Varautuneisiin tai neutraaleihin atomikubitteihin perustuvien kvanttitietokoneiden toteuttaminen on ratkaisevan tärkeää niiden etujen – mukaan lukien korkea kubitin laatu, erinomaiset koherenssiajat ja porttiominaisuudet – avaamiseksi. Tarkennettujen lasersäteiden tarkka hallinta on yksi suurimmista haasteista. Tämä prosessi vaatii erityisiä laitteita fokusoitujen lasersäteiden tuottamiseen, mukaan lukien laserjärjestelmät ja komponentit, jotka mahdollistavat valon voimakkuuden tai vaiheen nopean, skaalautuvan ja ohjelmoitavan moduloinnin. On nämä tiedot ipms.fraunhofer.de pidetään.

Mielenkiintoinen elementti tässä kehityksessä ovat spatial light modulaattorit (SLM:t), joita käytetään ohjelmoitavaan modulointiin ja jotka auttavat toteuttamaan tehokkaita kvanttilaskennan prosesseja. Erityisesti Fraunhofer IPMS:n SMAQ-projekti keskittyy vaiheensiirtyvien, diffraktiivisten nielupeili-MEMS SLM:ien kehittämiseen neutraaliatomikvanttitietokoneille. Tämä tekniikka tarjoaa merkittäviä etuja perinteisiin nestekidenäyttöön perustuviin modulaattoreihin verrattuna, kuten pääsyn ultraviolettispektrialueelle ja mahdollisuuden koota atomikubittirekistereitä tiheämmin, mikä johtaa modulaattoripikseleiden välisen ylikuulumisen minimoimiseen.

Markkinoiden kehitys ja tulevaisuuden näkymät

Kvanttilaskennan kysyntä kasvaa. Morgan Stanley ennustaa, että huippuluokan kvanttitietokoneiden markkinat kasvavat 10 miljardiin dollariin vuodessa vuoteen 2025 mennessä. Kvanttitietokoneiden kehittämisessä aktiivisesti työskenteleviä yrityksiä ovat muun muassa IBM, Google ja Alibaba sekä innovatiiviset start-up-yritykset, kuten Novarion ja Rigetti. Kvanttitietokoneiden valikoima voidaan jakaa kahteen päätyyppiin: yleiskäyttöiset kvanttitietokoneet, joilla voidaan suorittaa kaikenlaisia ​​laskentatoimintoja, ja kvanttihehkuttimet, jotka ovat rakenteeltaan yksinkertaisempia ja suorittavat erikoistehtäviä. Esimerkiksi VW on käyttänyt D-Waven kvanttihehkutinta liikennevirtojen optimointiin vuodesta 2017 lähtien, kun taas BMW tutkii valmistusrobottien optimointia kvanttitietokoneilla, kuten esim. fraunhofer.de raportoitu.

Kvanttilaskentatekniikan kehitys johtaa uusiin tapoihin ratkaista monimutkaisia ​​ongelmia, jotka asettavat valtavia haasteita perinteisille tietokoneille. Jännittävä esimerkki on kyky hajottaa tehokkaasti pieniä alkulukuja, millä voi olla merkittäviä vaikutuksia olemassa oleviin salausjärjestelmiin. Ottaen huomioon kvanttitietokoneiden käytössä olevat valtavat haasteet – kuten äärimmäisen alhaisten lämpötilojen ja sähkömagneettisen suojauksen tarve – kvanttilaskennan integrointi olemassa oleviin infrastruktuureihin on edelleen yksi tulevaisuuden keskeisistä haasteista.