Revolution inom kvantberäkning: Tyska forskare utvecklar ljusmodulatorer!

Revolution inom kvantberäkning: Tyska forskare utvecklar ljusmodulatorer!

Kvantberäkningsteknologiernas värld får ny fart genom innovativa forskningsprojekt som genomförs vid olika välrenommerade institutioner. För närvarande är projektet av Xinyu Ma vid universitetet i Heidelberg särskilt uppmärksammat, som handlar om utvecklingen av höghastighets optoelektroniska modulatorer för kvantberäkning med hjälp av ultraviolett (UV) ljus. UV-ljus, känt för sin höga energi vid korta våglängder, spelar en avgörande roll för att interagera med atomer och joner som kallas qubits, som är väsentliga för kvantdatorernas funktion. Europeiska kommissionen har godkänt finansiering på cirka 218 000 euro för projektet med titeln "Höghastighetsintegrerade ultravioletta elektrooptiska modulatorer" (HEIVOM) för att stödja utvecklingen som genomförts i Prof. Pernices forskargrupp. Genomförandet av detta projekt drivs av det väsentliga behovet av att utveckla modulatorer som gör att ljus kan styras på ett effektivt sätt - ett tekniskt område som hittills har ansetts vara otillräckligt uni-heidelberg.de rapporterad.

Xinyu Ma, som doktorerade från Tsinghua University i Kina 2023, planerar att utveckla innovativa optoelektroniska kretsar, nanotillverkningsprocesser och 3D nanoprintingprocesser i sin forskning. Dessa teknologier skulle inte bara kunna öka effektiviteten, utan också skapa nya möjligheter för att producera och kontrollera ljus, vilket är väsentligt för vidareutvecklingen av kvantberäkningar.

Tekniska utmaningar inom kvantberäkning

Implementeringen av kvantdatorer baserade på laddade eller neutrala atomära qubits är avgörande för att låsa upp deras fördelar – inklusive hög qubit-kvalitet, utmärkta koherenstider och gate-kvaliteter. Exakt kontroll över fokuserade laserstrålar representerar en av de största utmaningarna. Denna process kräver specifika enheter för att generera fokuserade laserstrålar, inklusive lasersystem och komponenter som möjliggör snabb, skalbar och programmerbar modulering av ljusintensitet eller fas. Har dessa detaljer ipms.fraunhofer.de hölls.

Ett intressant inslag i denna utveckling är spatial light modulators (SLM), som används för programmerbar modulering och hjälper till att realisera effektiva processer inom kvantberäkning. SMAQ-projektet vid Fraunhofer IPMS fokuserar i synnerhet på utvecklingen av fasskiftande, diffraktiva sjunkspegel-MEMS-SLM:er för kvantdatorer med neutrala atomer. Denna teknologi erbjuder betydande fördelar jämfört med traditionella flytande kristallbaserade modulatorer, såsom tillgång till det ultravioletta spektralområdet och förmågan att sätta samman atomära qubit-register tätare, vilket resulterar i minimering av överhörning mellan modulatorpixlar.

Marknadsutveckling och framtidsutsikter

Efterfrågan på kvantdatorer ökar. Morgan Stanley förutspår att marknaden för avancerade kvantdatorer kommer att växa till 10 miljarder dollar per år till 2025. Företag som aktivt arbetar med utvecklingen av kvantdatorer inkluderar stora namn som IBM, Google och Alibaba, tillsammans med innovativa nystartade företag som Novarion och Rigetti. Mångfalden av kvantdatorer kan delas in i två huvudtyper: kvantdatorer för allmänna ändamål, som kan utföra alla typer av beräkningsoperationer, och kvantglödgare, som har enklare struktur och utför specialiserade uppgifter. VW har till exempel använt en kvantglödgare från D-Wave för att optimera trafikflöden sedan 2017, medan BMW forskar om optimering av att tillverka robotar med kvantdatorer, som t.ex. fraunhofer.de rapporterad.

Utvecklingen inom kvantberäkningsteknik leder till nya sätt att lösa komplexa problem som innebär enorma utmaningar för traditionella datorer. Ett spännande exempel är förmågan att effektivt bryta ner små primtal, vilket kan ha betydande konsekvenser för befintliga kryptosystem. Med tanke på de enorma utmaningar som finns i driften av kvantdatorer – såsom behovet av extremt låga temperaturer och elektromagnetisk skärmning – förblir integrering av kvantdatorer i befintliga infrastrukturer en av de viktigaste utmaningarna för framtiden.