Tulevikutehnoloogia: ülijuhtivus muudab kvantarvutid revolutsiooniliseks!

Tulevikutehnoloogia: ülijuhtivus muudab kvantarvutid revolutsiooniliseks!

Rahvusvaheline ülijuhtiva elektroonika konverents (ISEC) on end tõestanud ülijuhtivate materjalide uurimise olulise platvormina. See konverents toimub iga kahe aasta tagant erinevates riikides, viimati toimus Saksamaal 1997. aastal. Ülikooli president Kai-Uwe Sattler TLÜ Ilmenaust rõhutas selle teadustöö olulist rolli digitaliseerimise ja energiamahukate tehnoloogiate vallas. Ülijuhtivad materjalid on võimelised juhtima elektrit ilma kadudeta, pakkudes revolutsioonilisi võimalusi kvantarvutite ja energiatõhusate pooljuhtide jaoks.

Need edusammud on eriti olulised andmekeskuste energiavajaduse vähendamiseks, mis mängivad võtmerolli pilveteenuste osutamisel ja asjade internetis (IoT). Praeguse tehnoloogiataseme juures on traditsioonilised arvutid oma aegunud arhitektuuri tõttu oma piire saavutamas. Nende väljakutsetega toimetulemiseks tutvustab prof Hannes Töpfer uudset lähenemisviisi energiasäästule, mis ühendab neuromorfse andmetöötluse ülijuhtivusega.

Neuromorfne andmetöötlus võtmetehnoloogiana

Neuromorfse andmetöötluse kontseptsioon jäljendab inimese aju teabetöötlust. Neuromorfses Josephsoni võrgus on ülijuhtivad Josephsoni kontaktid ühendatud nii, et need simuleerivad bioloogiliste närvirakkude funktsiooni. Teave edastatakse lühikeste impulsside kaudu, sarnaselt närvisüsteemi neuronaalsete signaalidega. See toob kaasa märkimisväärse energiatarbimise. Iga arvutusbitt võib nõuda kuni miljard korda vähem energiat kui varasemad tehnoloogiad.

Selle uurimistöö eesmärk ei ole ainult uuenduslike tehnikate väljatöötamine, vaid ka nende kasutamise optimeerimine andmekeskustes, transpordis ja tööstuses. See aitab vähendada IT süsiniku jalajälge, mis on tänapäeva maailmas ülimalt oluline. Samuti on väärtuslikke teadmisi uuringutest, mis käsitlevad ka neuromorfsete arvutite energeetilist efektiivsust, näiteks Li jt väljaannetes. (2020) ja Zhang et al. (2020), kus uuritakse tõhusaid närvivõrke ja neuro-inspireeritud andmetöötlusarhitektuure.

Euroopa lähenemine innovatsioonile

Paralleelselt ISEC-i leidudega töötatakse Euroopas välja ka ülijuhtivatel kvantarvutitel põhinevat projekti OpenSuperQplus100. See projekt on osa ELi kvanttehnoloogia strateegilisest uurimiskavast ja selle eesmärk on töötada välja süsteeme ja tehnoloogiaid kvaliteetsete kvantkiipide tootmiseks. Sellega luuakse kvantkiipide projekteerimis- ja tootmisplatvorm, sealhulgas integreerimine mitme kiibiga moodulitesse ja kubitikiipide tootmisprotsesside määratlemine.

Fraunhofer EMFT osaleb aktiivselt uute protsesside väljatöötamises kubitikiipide tootmiseks pilootliinis. Lõpp-eesmärk on toota neid kiipe tööstuslikul skaalal kommertsrakenduste jaoks ja edasiste edusammude suunas, järgmise sammuna on eesmärgiks kuni 1000 kubiti kiibid. Selle tehnoloogia rakenduste hulka kuuluvad kvantsimulatsioonid keemiatööstuses ja materjaliteaduses, samuti optimeerimisprobleemid ja masinõpe.

Üldiselt näitavad need arengud, kui tihedalt on ülijuhtiva elektroonika ja neuromorfse andmetöötluse teemad omavahel seotud ning millised kõrged ootused on erinevatel tasanditel teadusuuringutel tulevikutehnoloogiale. Ülijuhtiva tehnoloogia edusammud ei muuda mitte ainult andmetehnoloogia tõhusust, vaid toovad kaasa ka energiatõhususe paranemise ülemaailmsel tasandil.