Technologie budoucnosti: supravodivost přináší revoluci do kvantových počítačů!

Technologie budoucnosti: supravodivost přináší revoluci do kvantových počítačů!

Mezinárodní konference supravodivé elektroniky (ISEC) se etablovala jako důležitá platforma pro výzkum supravodivých materiálů. Tato konference se koná každé dva roky v různých zemích, přičemž Německo naposledy hostilo v roce 1997. Prezident univerzity Kai-Uwe Sattler z TU Ilmenau zdůraznil zásadní roli tohoto výzkumu pro digitalizaci a energeticky náročné technologie. Supravodivé materiály jsou schopny vést elektřinu beze ztrát a nabízejí revoluční možnosti pro kvantové počítače a energeticky účinné polovodiče.

Tyto pokroky jsou zvláště důležité pro snížení energetických potřeb datových center, která hrají klíčovou roli v poskytování cloudových služeb a internetu věcí (IoT). Se současnou úrovní technologie narážejí tradiční počítače na své limity kvůli své zastaralé architektuře. Pro řešení těchto problémů představí prof. Hannes Töpfer nový přístup k zachování energie, který kombinuje neuromorfní výpočty se supravodivostí.

Neuromorfní výpočetní technika jako klíčová technologie

Koncept neuromorfních výpočtů napodobuje zpracování informací v lidském mozku. V neuromorfní Josephsonově síti jsou supravodivé Josephsonovy kontakty propojeny tak, že simulují funkci biologických nervových buněk. Informace se přenášejí prostřednictvím krátkých impulsů, podobně jako neuronální signály v nervovém systému. To vede ke značné spotřebě energie. Každý výpočetní bit mohl vyžadovat až miliardukrát méně energie než předchozí technologie.

Cílem tohoto výzkumu je nejen vyvinout inovativní techniky, ale také optimalizovat jejich využití v datových centrech, dopravě a průmyslu. To pomáhá snižovat uhlíkovou stopu IT, což je v dnešním světě naléhavě důležité. Existují také cenné poznatky ze studií, které se také zabývají energetickou účinností neuromorfních počítačů, jako například v publikacích Li et al. (2020) a Zhang a kol. (2020), kde se zkoumají efektivní neuronové sítě a výpočetní architektury inspirované neurony.

Evropský přístup k inovacím

Souběžně se zjištěními z ISEC se v Evropě vyvíjí také OpenSuperQplus100, projekt založený na supravodivých kvantových počítačích. Tento projekt je součástí strategického plánu výzkumu EU pro kvantové technologie a jeho cílem je vyvinout systémy a technologie pro výrobu vysoce kvalitních kvantových čipů. Vznikne tak návrhová a výrobní platforma pro kvantové čipy, včetně integrace do vícečipových modulů a definice výrobních procesů pro qubitové čipy.

Fraunhofer EMFT se aktivně podílí na vývoji nových procesů výroby qubitových čipů v pilotní lince. Konečným cílem je vyrábět tyto čipy v průmyslovém měřítku pro komerční aplikace a cesta k dalšímu pokroku, přičemž dalším krokem jsou čipy s až 1000 qubity. Aplikace této technologie zahrnují kvantové simulace v chemickém průmyslu a vědě o materiálech, stejně jako optimalizační problémy a strojové učení.

Celkově tento vývoj ukazuje, jak úzce jsou témata supravodivé elektroniky a neuromorfních výpočtů propojena a jaká vysoká očekávání má výzkum na různých úrovních od budoucí technologie. Pokrok v supravodivé technologii by mohl nejen způsobit revoluci v účinnosti v datových technologiích, ale také vést ke zlepšení energetické účinnosti v celosvětovém měřítku.