Revolucija u kvantnom računalstvu: njemački istraživači razvili svjetlosne modulatore!

Revolucija u kvantnom računalstvu: njemački istraživači razvili svjetlosne modulatore!

Svijet kvantnih računalnih tehnologija dobiva novi poticaj kroz inovativne istraživačke projekte koji se provode na raznim renomiranim institucijama. Trenutno se posebno ističe projekt Xinyu Ma na Sveučilištu u Heidelbergu koji se bavi razvojem brzih optoelektroničkih modulatora za kvantno računalstvo korištenjem ultraljubičastog (UV) svjetla. UV svjetlo, poznato po svojoj visokoj energiji na kratkim valnim duljinama, igra ključnu ulogu u interakciji s atomima i ionima zvanim kubiti, koji su ključni za rad kvantnih računala. Europska komisija odobrila je financiranje od oko 218.000 eura za projekt pod nazivom “High-speed integrirani ultraljubičasti elektrooptički modulatori” (HEIVOM) za potporu razvoju koji se provodi u istraživačkoj skupini prof. Pernice. Provedba ovog projekta potaknuta je bitnom potrebom za razvojem modulatora koji omogućuju učinkovito upravljanje svjetlom - tehnološko područje koje se dosad smatralo neadekvatnim uni-heidelberg.de prijavio.

Xinyu Ma, koji je doktorirao na Sveučilištu Tsinghua u Kini 2023., u svom istraživanju planira razviti inovativne optoelektroničke sklopove, procese nanoproizvodnje i procese 3D nanoprinta. Ove tehnologije ne samo da bi mogle povećati učinkovitost, već i stvoriti nove mogućnosti za proizvodnju i kontrolu svjetlosti, što je bitno za daljnji razvoj kvantnog računarstva.

Tehnološki izazovi u kvantnom računalstvu

Implementacija kvantnih računala koja se temelje na nabijenim ili neutralnim atomskim kubitima ključna je za otključavanje njihovih prednosti - uključujući visoku kvalitetu kubita, izvrsna vremena koherencije i kvalitetu vrata. Precizno upravljanje fokusiranim laserskim zrakama predstavlja jedan od najvećih izazova. Ovaj proces zahtijeva specifične uređaje za generiranje fokusiranih laserskih zraka, uključujući laserske sustave i komponente koje omogućuju brzu, skalabilnu i programabilnu modulaciju intenziteta ili faze svjetlosti. Ima ove detalje ipms.fraunhofer.de održana.

Zanimljiv element u ovom razvoju su prostorni modulatori svjetla (SLM), koji se koriste za programabilnu modulaciju i pomažu u realizaciji učinkovitih procesa u kvantnom računalstvu. Konkretno, projekt SMAQ u Fraunhofer IPMS-u fokusiran je na razvoj MEMS SLM-ova s ​​pomakom faze, difrakcijskim sink-zrcalom za kvantna računala s neutralnim atomima. Ova tehnologija nudi značajne prednosti u odnosu na tradicionalne modulatore temeljene na tekućim kristalima, kao što je pristup ultraljubičastom spektralnom rasponu i mogućnost gušćeg sastavljanja atomskih kubitnih registara, što rezultira minimiziranjem preslušavanja između piksela modulatora.

Razvoj tržišta i budući izgledi

Potražnja za kvantnim računalstvom raste. Morgan Stanley predviđa da će tržište vrhunskih kvantnih računala narasti na 10 milijardi dolara godišnje do 2025. Kompanije koje aktivno rade na razvoju kvantnih računala uključuju velika imena kao što su IBM, Google i Alibaba, uz inovativne start-upove kao što su Novarion i Rigetti. Raznolikost kvantnih računala može se podijeliti u dvije glavne vrste: kvantna računala opće namjene, koja mogu obavljati sve vrste računalnih operacija, i kvantne žarne uređaje, koji su jednostavnije strukture i obavljaju specijalizirane zadatke. Na primjer, VW od 2017. koristi kvantni annealer tvrtke D-Wave za optimizaciju prometnih tokova, dok BMW istražuje optimizaciju proizvodnje robota s kvantnim računalima, kao što su npr. fraunhofer.de prijavio.

Razvoj tehnologije kvantnog računalstva dovodi do novih načina rješavanja složenih problema koji postavljaju ogromne izazove tradicionalnim računalima. Uzbudljiv primjer je sposobnost učinkovite dekompozicije malih prostih brojeva, što bi moglo imati značajne implikacije na postojeće kriptosustave. S obzirom na goleme izazove koji postoje u radu s kvantnim računalima – poput potrebe za iznimno niskim temperaturama i elektromagnetskom zaštitom – integracija kvantnog računalstva u postojeće infrastrukture ostaje jedan od ključnih izazova za budućnost.