Revoliucija kvantinėje kompiuterijoje: vokiečių mokslininkai kuria šviesos moduliatorius!

Revoliucija kvantinėje kompiuterijoje: vokiečių mokslininkai kuria šviesos moduliatorius!

Kvantinės skaičiavimo technologijų pasaulis įgauna naują impulsą įvairiose žinomose institucijose įgyvendinant inovatyvius mokslinių tyrimų projektus. Šiuo metu ypač akcentuojamas Xinyu Ma projektas Heidelbergo universitete, kuriame nagrinėjami didelės spartos optoelektroninių moduliatorių, skirtų kvantiniam skaičiavimui naudojant ultravioletinę (UV) šviesą, kūrimas. UV šviesa, žinoma dėl didelės energijos trumpuose bangos ilgiuose, vaidina lemiamą vaidmenį sąveikaujant su atomais ir jonais, vadinamais kubitais, kurie yra būtini kvantinių kompiuterių veikimui. Europos Komisija patvirtino apie 218 000 eurų finansavimą projektui „Didelės spartos integruoti ultravioletinių spindulių elektrooptiniai moduliatoriai“ (HEIVOM), kad būtų paremta profesoriaus Pernice tyrimų grupės vykdoma plėtra. Šio projekto įgyvendinimą lėmė esminis poreikis sukurti moduliatorius, leidžiančius efektyviai valdyti šviesą – technologinę sritį, kuri iki šiol buvo laikoma netinkama. uni-heidelberg.de pranešė.

Xinyu Ma, 2023 m. Kinijos Tsinghua universitete įgijęs daktaro laipsnį, savo tyrimuose planuoja plėtoti naujoviškas optoelektronines grandines, nanogamybos procesus ir 3D nanospausdinimo procesus. Šios technologijos galėtų ne tik padidinti efektyvumą, bet ir sukurti naujų galimybių gaminti bei valdyti šviesą, kuri yra būtina tolesnei kvantinės skaičiavimo raidai.

Technologiniai kvantinio skaičiavimo iššūkiai

Kvantinių kompiuterių, pagrįstų įkrautais arba neutraliais atominiais kubitais, įdiegimas yra labai svarbus norint atskleisti jų pranašumus, įskaitant aukštą kubitų kokybę, puikų darnos laiką ir vartų savybes. Tikslus sufokusuotų lazerio spindulių valdymas yra vienas didžiausių iššūkių. Šiam procesui reikalingi specialūs įrenginiai fokusuotiems lazerio spinduliams generuoti, įskaitant lazerines sistemas ir komponentus, kurie leidžia greitai, keičiamo dydžio ir programuojamą šviesos intensyvumo ar fazės moduliavimą. Turi šias detales ipms.fraunhofer.de vyko.

Įdomus šios plėtros elementas yra erdviniai šviesos moduliatoriai (SLM), kurie naudojami programuojamam moduliavimui ir padeda realizuoti efektyvius kvantinio skaičiavimo procesus. Visų pirma, SMAQ projektas Fraunhofer IPMS yra skirtas fazių poslinkio, difrakcinio kriauklės veidrodžio MEMS SLM kūrimui neutralių atomų kvantiniams kompiuteriams. Ši technologija suteikia didelių pranašumų, palyginti su tradiciniais skystųjų kristalų pagrindu veikiančiais moduliatoriais, pvz., prieigą prie ultravioletinių spindulių spektro diapazono ir galimybę tankiau surinkti atominius kubitų registrus, todėl sumažėja moduliatoriaus pikselių skerspjūvis.

Rinkos plėtra ir ateities perspektyvos

Kvantinio skaičiavimo paklausa auga. Morgan Stanley prognozuoja, kad iki 2025 m. aukščiausios klasės kvantinių kompiuterių rinka išaugs iki 10 mlrd. Kvantinių kompiuterių įvairovę galima suskirstyti į du pagrindinius tipus: bendrosios paskirties kvantinius kompiuterius, galinčius atlikti visų tipų skaičiavimo operacijas, ir kvantinius atkaitintuvus, kurie yra paprastesnės struktūros ir atlieka specializuotas užduotis. Pavyzdžiui, VW nuo 2017 m. naudoja D-Wave kvantinį atkaitintuvą, kad optimizuotų eismo srautus, o BMW tiria gamybos robotų optimizavimą kvantiniais kompiuteriais, pvz. fraunhofer.de pranešė.

Kvantinio skaičiavimo technologijų raida veda prie naujų būdų, kaip išspręsti sudėtingas problemas, kurios kelia didžiulius iššūkius tradiciniams kompiuteriams. Įdomus pavyzdys yra galimybė efektyviai išskaidyti mažus pirminius skaičius, o tai gali turėti reikšmingų pasekmių esamoms kriptosistemoms. Atsižvelgiant į didžiulius kvantinių kompiuterių eksploatavimo iššūkius, pvz., itin žemos temperatūros ir elektromagnetinio ekranavimo poreikį, kvantinio skaičiavimo integravimas į esamas infrastruktūras išlieka vienu iš pagrindinių ateities iššūkių.