Κβαντικοί υπολογιστές του μέλλοντος: επαναστατικές εξελίξεις εν όψει!

Κβαντικοί υπολογιστές του μέλλοντος: επαναστατικές εξελίξεις εν όψει!

Στις 24 Ιουνίου 2025 πραγματοποιήθηκε ένα σημαντικό εργαστήριο στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Ilmenau που ασχολήθηκε με το θέμα της υπεραγώγιμης μικροηλεκτρονικής. Το εργαστήριο, με επικεφαλής τον καθηγητή Hannes Töpfer, Κοσμήτορα της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Πληροφορικής, συζήτησε υπεραγώγιμους αισθητήρες, κυκλώματα, προσεγγίσεις σχεδιασμού καθώς και τις προκλήσεις και τις απαιτήσεις για ψηφιακούς κβαντικούς υπολογιστές και νευρομορφικά κυκλώματα. Στόχος του ήταν να συνδυάσει τις διεθνείς ερευνητικές προσπάθειες και να δημιουργήσει ένα οικοσύστημα από τη βασική έρευνα έως την κατασκευή τσιπ.

Αυτή η εκδήλωση τόνισε την τεράστια σημασία των τεχνολογιών υπεραγωγιμότητας για τη μελλοντική ενεργειακή απόδοση και την υπολογιστική ισχύ. Κορυφαίοι ειδικοί, όπως ο Nobuyuki Yoshikawa από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Γιοκοχάμα, ο Scott Holmes, ο οποίος συμμετέχει στον Διεθνή Οδικό Χάρτη για Συσκευές και Συστήματα (IRDS), και ο Jie Ren από το Ινστιτούτο Μικροσυστημάτων και Τεχνολογίας της Πληροφορικής της Σαγκάης, συζήτησαν τη συνάφεια αυτών των τεχνολογιών για τις βιώσιμες τεχνολογίες πληροφοριών. Το εργαστήριο άνοιξε με μια ομιλία του Oleg Mukhanov, ενός πρωτοπόρου των υπεραγώγιμων κυκλωμάτων που παρείχε τα πρώτα πειραματικά στοιχεία για υπεραγώγιμα ψηφιακά κυκλώματα το 1987.

Εστίαση στον κβαντικό υπολογισμό

Κεντρικό θέμα του εργαστηρίου ήταν η ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών που βασίζονται σε υπεραγωγούς. Η περιοχή αυτή γίνεται ολοένα και πιο σημαντική, κυρίως λόγω του έργου OpenSuperQplus100 διευκρινίζεται. Πρόκειται για μια πρωτοβουλία για την ανάπτυξη συστημάτων και τεχνολογιών για κβαντικούς υπολογιστές που βασίζονται σε υπεραγώγιμα στοιχεία. Το έργο αποτελεί μέρος της στρατηγικής ερευνητικής ατζέντας της ΕΕ για την κβαντική τεχνολογία και στοχεύει στην παροχή ολοκληρωμένων επίδειξης για σκοπούς έρευνας και εφαρμογής.

Μια σημαντική πτυχή αυτού του έργου είναι η παραγωγή τουλάχιστον 100 qubits υψηλής ποιότητας σε έναν από τους επίδειξης. Αυτό περιλαμβάνει την ανάπτυξη μιας πλατφόρμας σχεδιασμού και κατασκευής για υψηλής ποιότητας κβαντικά τσιπ και την ενσωμάτωσή τους σε μονάδες πολλαπλών τσιπ. Η συμβολή των Fraunhofer EMFT είναι ζωτικής σημασίας, ειδικά μέσω νέων διαδικασιών για την παραγωγή τσιπ qubit. Στόχος είναι η παραγωγή τσιπς σε βιομηχανική κλίμακα και ο καθορισμός των διαδικασιών κατασκευής για γκοφρέτες 200 mm σε εγκαταστάσεις καθαρού δωματίου.

Ο ρόλος του κβαντικού λογισμικού

Μια άλλη σημαντική πτυχή είναι η έρευνα στον τομέα του κβαντικού λογισμικού. Η Jeanette Lorenz και η ομάδα της εργάζονται για την προσαρμογή αλγορίθμων στα ελαττώματα υλικού των qubits. Το έργο QUAST στοχεύει να καταστήσει τον κβαντικό υπολογισμό προσβάσιμο στις επιχειρήσεις και να επικεντρωθεί σε προβλήματα βιομηχανικής βελτιστοποίησης. Μια βασική πρόκληση για τη Lorenz και τους συνεργάτες της είναι να επιλέξουν τον σωστό αλγόριθμο για το αντίστοιχο υλικό και ταυτόχρονα να κάνουν τα βιομηχανικά προβλήματα εφαρμόσιμα σε κβαντικούς υπολογιστές.

Η στοίβα λογισμικού που ανέπτυξαν επιτρέπει μια πολυεπίπεδη δομή όλων των στοιχείων για την ανάπτυξη και τη λειτουργία κβαντικών υπολογιστών. Διαφορετικό υλικό έχει συγκεκριμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα για διαφορετικές εφαρμογές. Οι παγίδες ιόντων είναι πιο αργές, αλλά προσφέρουν μεγαλύτερη ακρίβεια και είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για μοριακές προσομοιώσεις.

Συνοπτικά, οι τεχνολογίες που βασίζονται στην υπεραγώγιμη μικροηλεκτρονική και στον κβαντικό υπολογισμό έχουν τεράστιες δυνατότητες για το μέλλον. Οι εξελίξεις και στους δύο τομείς θα μπορούσαν να επιτρέψουν σημαντικές προόδους στην ενεργειακή απόδοση και την υπολογιστική ισχύ τόσο στην έρευνα όσο και στη βιομηχανία.