Μελλοντική τεχνολογία: η υπεραγωγιμότητα φέρνει επανάσταση στους κβαντικούς υπολογιστές!

Μελλοντική τεχνολογία: η υπεραγωγιμότητα φέρνει επανάσταση στους κβαντικούς υπολογιστές!

Το Διεθνές Συνέδριο Υπεραγώγιμων Ηλεκτρονικών (ISEC) έχει καθιερωθεί ως μια σημαντική πλατφόρμα για την έρευνα σε υπεραγώγιμα υλικά. Αυτό το συνέδριο πραγματοποιείται κάθε δύο χρόνια σε διαφορετικές χώρες, με τη Γερμανία να φιλοξενεί τελευταία φορά το 1997. Ο Πρόεδρος του Πανεπιστημίου Kai-Uwe Sattler από το TU Ilmenau τόνισε τον ουσιαστικό ρόλο αυτής της έρευνας για την ψηφιοποίηση και τις ενεργοβόρες τεχνολογίες. Τα υπεραγώγιμα υλικά είναι σε θέση να μεταφέρουν ηλεκτρισμό χωρίς απώλειες, προσφέροντας επαναστατικές δυνατότητες για κβαντικούς υπολογιστές και ενεργειακά αποδοτικούς ημιαγωγούς.

Αυτές οι εξελίξεις σχετίζονται ιδιαίτερα με τη μείωση των ενεργειακών αναγκών των κέντρων δεδομένων, τα οποία διαδραματίζουν βασικό ρόλο στην παροχή υπηρεσιών cloud και στο Internet of Things (IoT). Με το τρέχον επίπεδο τεχνολογίας, οι παραδοσιακοί υπολογιστές φτάνουν στα όριά τους λόγω της ξεπερασμένης αρχιτεκτονικής τους. Για να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις, ο καθηγητής Hannes Töpfer θα παρουσιάσει μια νέα προσέγγιση στη διατήρηση της ενέργειας που συνδυάζει τον νευρομορφικό υπολογισμό με την υπεραγωγιμότητα.

Ο νευρομορφικός υπολογισμός ως βασική τεχνολογία

Η έννοια του νευρομορφικού υπολογισμού μιμείται την επεξεργασία πληροφοριών του ανθρώπινου εγκεφάλου. Σε ένα νευρομορφικό δίκτυο Josephson, οι υπεραγώγιμες επαφές Josephson συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε να προσομοιώνουν τη λειτουργία των βιολογικών νευρικών κυττάρων. Οι πληροφορίες μεταδίδονται μέσω σύντομων παρορμήσεων, παρόμοια με τα νευρωνικά σήματα στο νευρικό σύστημα. Αυτό οδηγεί σε σημαντική κατανάλωση ενέργειας. Κάθε υπολογιστικό bit θα μπορούσε να απαιτεί έως και ένα δισεκατομμύριο φορές λιγότερη ενέργεια από τις προηγούμενες τεχνολογίες.

Στόχος αυτής της έρευνας δεν είναι μόνο η ανάπτυξη καινοτόμων τεχνικών, αλλά και η βελτιστοποίηση της χρήσης τους σε κέντρα δεδομένων, μεταφορές και βιομηχανία. Αυτό βοηθά στη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα του IT, το οποίο είναι επείγουσας σημασίας στον σημερινό κόσμο. Υπάρχουν επίσης πολύτιμες γνώσεις από μελέτες που εξετάζουν επίσης την ενεργειακή απόδοση των νευρομορφικών υπολογιστών, όπως σε δημοσιεύσεις των Li et al. (2020) και οι Zhang et al. (2020), όπου διερευνώνται αποτελεσματικά νευρωνικά δίκτυα και αρχιτεκτονικές υπολογιστών εμπνευσμένων από νευρώνες.

Η ευρωπαϊκή προσέγγιση της καινοτομίας

Παράλληλα με τα ευρήματα από το ISEC, το OpenSuperQplus100, ένα έργο που βασίζεται σε υπεραγώγιμους κβαντικούς υπολογιστές, αναπτύσσεται επίσης στην Ευρώπη. Αυτό το έργο αποτελεί μέρος της στρατηγικής ερευνητικής ατζέντας της ΕΕ για την κβαντική τεχνολογία και στοχεύει στην ανάπτυξη συστημάτων και τεχνολογιών για την παραγωγή κβαντικών τσιπ υψηλής ποιότητας. Αυτό θα δημιουργήσει μια πλατφόρμα σχεδίασης και κατασκευής για κβαντικά τσιπ, συμπεριλαμβανομένης της ενσωμάτωσης σε μονάδες πολλαπλών τσιπ και του ορισμού των διαδικασιών παραγωγής για τσιπ qubit.

Η Fraunhofer EMFT συμμετέχει ενεργά στην ανάπτυξη νέων διαδικασιών για την παραγωγή τσιπ qubit στην πιλοτική γραμμή. Ο τελικός στόχος είναι να παραχθούν αυτά τα τσιπ σε βιομηχανική κλίμακα για εμπορικές εφαρμογές και μια πορεία προς περαιτέρω πρόοδο, με το επόμενο βήμα να στοχεύει σε τσιπ με έως και 1.000 qubits. Οι εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας περιλαμβάνουν κβαντικές προσομοιώσεις στη χημική βιομηχανία και την επιστήμη των υλικών, καθώς και προβλήματα βελτιστοποίησης και μηχανική μάθηση.

Συνολικά, αυτές οι εξελίξεις δείχνουν πόσο στενά συνδέονται τα θέματα της υπεραγώγιμης ηλεκτρονικής και των νευρομορφικών υπολογιστών και τι υψηλές προσδοκίες έχει η έρευνα σε διάφορα επίπεδα για τη μελλοντική τεχνολογία. Η πρόοδος στην τεχνολογία υπεραγώγιμων δεν θα μπορούσε μόνο να φέρει επανάσταση στην απόδοση στην τεχνολογία δεδομένων, αλλά και να οδηγήσει σε βελτιώσεις στην ενεργειακή απόδοση σε παγκόσμια κλίμακα.