Revolúcia v kvantových výpočtoch: Nemeckí výskumníci vyvíjajú modulátory svetla!

Revolúcia v kvantových výpočtoch: Nemeckí výskumníci vyvíjajú modulátory svetla!

Svet kvantových výpočtových technológií dostáva nový impulz prostredníctvom inovatívnych výskumných projektov realizovaných v rôznych renomovaných inštitúciách. V súčasnosti je osobitne vyzdvihovaný projekt Xinyu Ma na univerzite v Heidelbergu, ktorý sa zaoberá vývojom vysokorýchlostných optoelektronických modulátorov pre kvantové výpočty využívajúce ultrafialové (UV) svetlo. UV svetlo, známe svojou vysokou energiou na krátkych vlnových dĺžkach, hrá kľúčovú úlohu pri interakcii s atómami a iónmi nazývanými qubits, ktoré sú nevyhnutné pre fungovanie kvantových počítačov. Európska komisia schválila financovanie vo výške približne 218 000 eur na projekt s názvom „Vysokorýchlostné integrované ultrafialové elektrooptické modulátory“ (HEIVOM) na podporu vývoja realizovaného vo výskumnej skupine prof. Perniceho. Implementácia tohto projektu je poháňaná nevyhnutnou potrebou vyvinúť modulátory, ktoré umožnia efektívne riadenie svetla – technologická oblasť, ktorá sa doteraz považovala za nedostatočnú. uni-heidelberg.de nahlásené.

Xinyu Ma, ktorý v roku 2023 získal doktorát na Tsinghua University v Číne, plánuje vo svojom výskume vyvinúť inovatívne optoelektronické obvody, procesy nanovýroby a procesy 3D nanotlače. Tieto technológie by mohli nielen zvýšiť efektivitu, ale aj vytvoriť nové možnosti na produkciu a riadenie svetla, ktoré je nevyhnutné pre ďalší rozvoj kvantových počítačov.

Technologické výzvy v kvantových výpočtoch

Implementácia kvantových počítačov založených na nabitých alebo neutrálnych atómových qubitoch je rozhodujúca na odomknutie ich výhod – vrátane vysokej kvality qubitov, vynikajúcich časov koherencie a kvality brány. Presná kontrola nad zaostrenými laserovými lúčmi predstavuje jednu z najväčších výziev. Tento proces vyžaduje špecifické zariadenia na generovanie zaostrených laserových lúčov, vrátane laserových systémov a komponentov, ktoré umožňujú rýchlu, škálovateľnú a programovateľnú moduláciu intenzity alebo fázy svetla. Má tieto podrobnosti ipms.fraunhofer.de držané.

Zaujímavým prvkom v tomto vývoji sú modulátory priestorového svetla (SLM), ktoré sa používajú na programovateľnú moduláciu a pomáhajú realizovať efektívne procesy v kvantových výpočtoch. Najmä projekt SMAQ vo Fraunhofer IPMS sa zameriava na vývoj fázovo posunutých, difrakčných sink-mirror MEMS SLM pre kvantové počítače s neutrálnym atómom. Táto technológia ponúka významné výhody oproti tradičným modulátorom na báze tekutých kryštálov, ako je prístup k ultrafialovému spektrálnemu rozsahu a schopnosť hustejšie zostavovať atómové qubitové registre, čo vedie k minimalizácii presluchov medzi pixelmi modulátora.

Vývoj trhu a vyhliadky do budúcnosti

Dopyt po kvantovej výpočtovej technike rastie. Morgan Stanley predpovedá, že trh špičkových kvantových počítačov vzrastie na 10 miliárd dolárov ročne do roku 2025. Spoločnosti aktívne pracujúce na vývoji kvantových počítačov zahŕňajú veľké mená ako IBM, Google a Alibaba spolu s inovatívnymi start-upmi ako Novarion a Rigetti. Rozmanitosť kvantových počítačov možno rozdeliť do dvoch hlavných typov: univerzálne kvantové počítače, ktoré môžu vykonávať všetky typy výpočtových operácií, a kvantové žíhače, ktoré sú štruktúrou jednoduchšie a vykonávajú špecializované úlohy. Napríklad VW od roku 2017 používa na optimalizáciu dopravných tokov kvantový žíhač od D-Wave, BMW zase skúma optimalizáciu výrobných robotov pomocou kvantových počítačov, ako napr. fraunhofer.de nahlásené.

Vývoj v oblasti kvantovej výpočtovej techniky vedie k novým spôsobom riešenia zložitých problémov, ktoré predstavujú pre tradičné počítače obrovské výzvy. Vzrušujúcim príkladom je schopnosť efektívne rozkladať malé prvočísla, čo by mohlo mať významné dôsledky pre existujúce kryptosystémy. Vzhľadom na obrovské výzvy, ktoré existujú pri prevádzke kvantových počítačov – ako je potreba extrémne nízkych teplôt a elektromagnetického tienenia – zostáva integrácia kvantových výpočtov do existujúcich infraštruktúr jednou z kľúčových výziev budúcnosti.