Rewolucja w obliczeniach kwantowych: niemieccy naukowcy opracowują modulatory światła!

Rewolucja w obliczeniach kwantowych: niemieccy naukowcy opracowują modulatory światła!

Świat technologii obliczeń kwantowych nabiera nowego impetu dzięki innowacyjnym projektom badawczym realizowanym w różnych renomowanych instytucjach. Obecnie szczególnie podkreślany jest projekt Xinyu Ma na Uniwersytecie w Heidelbergu, który dotyczy opracowania szybkich modulatorów optoelektronicznych do obliczeń kwantowych z wykorzystaniem światła ultrafioletowego (UV). Światło UV, znane ze swojej wysokiej energii w krótkich falach, odgrywa kluczową rolę w interakcji z atomami i jonami zwanymi kubitami, które są niezbędne do działania komputerów kwantowych. Komisja Europejska zatwierdziła dofinansowanie w wysokości około 218 000 euro dla projektu pt. „Szybkie zintegrowane ultrafioletowe modulatory elektrooptyczne” (HEIVOM) w celu wsparcia prac rozwojowych prowadzonych w grupie badawczej prof. Pernice'a. Realizacja projektu wynika z istotnej potrzeby opracowania modulatorów pozwalających na efektywne sterowanie światłem – obszaru technologicznego dotychczas uznawanego za niewystarczający uni-heidelberg.de zgłoszone.

Xinyu Ma, który w 2023 roku obronił doktorat na Uniwersytecie Tsinghua w Chinach, w swoich badaniach planuje opracować innowacyjne obwody optoelektroniczne, procesy nanoprodukcji i procesy nanodruku 3D. Technologie te mogłyby nie tylko zwiększyć wydajność, ale także stworzyć nowe możliwości wytwarzania i kontrolowania światła, co jest niezbędne dla dalszego rozwoju obliczeń kwantowych.

Wyzwania technologiczne w informatyce kwantowej

Wdrożenie komputerów kwantowych opartych na naładowanych lub neutralnych kubitach atomowych jest kluczowe dla uwolnienia ich zalet – w tym wysokiej jakości kubitów, doskonałych czasów koherencji i właściwości bramek. Precyzyjne sterowanie skupionymi wiązkami laserowymi stanowi jedno z największych wyzwań. Proces ten wymaga specjalnych urządzeń do generowania skupionych wiązek laserowych, w tym systemów laserowych i komponentów umożliwiających szybką, skalowalną i programowalną modulację natężenia lub fazy światła. Ma te szczegóły ipms.fraunhofer.de trzymany.

Ciekawym elementem tego rozwoju są przestrzenne modulatory światła (SLM), które służą do programowalnej modulacji i pomagają realizować wydajne procesy w obliczeniach kwantowych. W szczególności projekt SMAQ w Fraunhofer IPMS koncentruje się na opracowaniu przesuniętych fazowo, dyfrakcyjnych układów MEMS SLM z lustrem opadającym do komputerów kwantowych z atomami neutralnymi. Technologia ta oferuje znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnymi modulatorami ciekłokrystalicznymi, takie jak dostęp do zakresu widma ultrafioletu i możliwość gęstszego składania atomowych rejestrów kubitowych, co skutkuje minimalizacją przesłuchów pomiędzy pikselami modulatora.

Rozwój rynku i perspektywy na przyszłość

Zapotrzebowanie na obliczenia kwantowe rośnie. Morgan Stanley przewiduje, że do 2025 r. rynek wysokiej klasy komputerów kwantowych będzie rósł do 10 miliardów dolarów rocznie. Wśród firm aktywnie pracujących nad rozwojem komputerów kwantowych znajdują się wielkie nazwiska, takie jak IBM, Google i Alibaba, a także innowacyjne start-upy, takie jak Novarion i Rigetti. Różnorodność komputerów kwantowych można podzielić na dwa główne typy: komputery kwantowe ogólnego przeznaczenia, które mogą wykonywać wszelkiego rodzaju operacje obliczeniowe, oraz wyżarzacze kwantowe, które mają prostszą konstrukcję i wykonują wyspecjalizowane zadania. Na przykład VW używa wyżarzania kwantowego firmy D-Wave do optymalizacji przepływu ruchu od 2017 r., podczas gdy BMW prowadzi badania nad optymalizacją robotów produkcyjnych wyposażonych w komputery kwantowe, takie jak fraunhofer.de zgłoszone.

Rozwój technologii obliczeń kwantowych prowadzi do nowych sposobów rozwiązywania złożonych problemów, które stanowią ogromne wyzwania dla tradycyjnych komputerów. Ekscytującym przykładem jest możliwość wydajnego rozkładu małych liczb pierwszych, co może mieć znaczące implikacje dla istniejących kryptosystemów. Biorąc pod uwagę ogromne wyzwania związane z obsługą komputerów kwantowych – takie jak potrzeba stosowania ekstremalnie niskich temperatur i ekranowania elektromagnetycznego – integracja obliczeń kwantowych z istniejącą infrastrukturą pozostaje jednym z kluczowych wyzwań na przyszłość.