Toekomstige technologie: supergeleiding zorgt voor een revolutie in kwantumcomputers!

Toekomstige technologie: supergeleiding zorgt voor een revolutie in kwantumcomputers!

De International Superconductieve Electronics Conferentie (ISEC) heeft zichzelf gevestigd als een belangrijk platform voor onderzoek naar supergeleidende materialen. Deze conferentie vindt elke twee jaar plaats in verschillende landen, waarbij Duitsland voor het laatst gastheer was in 1997. Universiteitsvoorzitter Kai-Uwe Sattler van de TU Ilmenau benadrukte de essentiële rol van dit onderzoek voor digitalisering en energie-intensieve technologieën. Supergeleidende materialen kunnen elektriciteit zonder verlies geleiden, wat revolutionaire mogelijkheden biedt voor kwantumcomputers en energiezuinige halfgeleiders.

Deze vooruitgang is met name relevant voor het terugdringen van de energiebehoeften van datacenters, die een sleutelrol spelen bij de levering van clouddiensten en het Internet of Things (IoT). Met het huidige technologieniveau bereiken traditionele computers hun grenzen vanwege hun verouderde architectuur. Om deze uitdagingen aan te pakken zal prof. Hannes Töpfer een nieuwe benadering van energiebesparing presenteren die neuromorfe computing combineert met supergeleiding.

Neuromorphic computing als sleuteltechnologie

Het concept van neuromorf computergebruik bootst de informatieverwerking van het menselijk brein na. In een neuromorf Josephson-netwerk zijn supergeleidende Josephson-contacten zo met elkaar verbonden dat ze de functie van biologische zenuwcellen simuleren. Informatie wordt verzonden via korte impulsen, vergelijkbaar met de neuronale signalen in het zenuwstelsel. Dit leidt tot een aanzienlijk energieverbruik. Elke computerbit kan tot een miljard keer minder energie vergen dan eerdere technologieën.

Het doel van dit onderzoek is niet alleen om innovatieve technieken te ontwikkelen, maar ook om het gebruik ervan in datacenters, transport en industrie te optimaliseren. Dit helpt de CO2-voetafdruk van IT te verkleinen, wat in de wereld van vandaag van urgent belang is. Er zijn ook waardevolle inzichten uit onderzoeken die ook de energetische efficiëntie van neuromorfe computers onderzoeken, zoals in publicaties van Li et al. (2020) en Zhang et al. (2020), waar efficiënte neurale netwerken en neuro-geïnspireerde computerarchitecturen worden onderzocht.

De Europese benadering van innovatie

Parallel aan de bevindingen van de ISEC wordt ook in Europa de OpenSuperQplus100 ontwikkeld, een project gebaseerd op supergeleidende kwantumcomputers. Dit project maakt deel uit van de strategische onderzoeksagenda van de EU voor kwantumtechnologie en heeft tot doel systemen en technologieën te ontwikkelen om kwantumchips van hoge kwaliteit te produceren. Hierdoor ontstaat een ontwerp- en productieplatform voor kwantumchips, inclusief integratie in multi-chipmodules en definitie van productieprocessen voor qubit-chips.

Fraunhofer EMFT is actief betrokken bij de ontwikkeling van nieuwe processen voor de productie van qubit-chips in de pilotlijn. Het einddoel is om deze chips op industriële schaal te produceren voor commerciële toepassingen en een pad naar verdere vooruitgang te creëren, waarbij de volgende stap mikt op chips met maximaal 1.000 qubits. Toepassingen van deze technologie zijn onder meer kwantumsimulaties in de chemische industrie en materiaalkunde, maar ook optimalisatieproblemen en machine learning.

Over het geheel genomen laten deze ontwikkelingen zien hoe nauw de onderwerpen supergeleidende elektronica en neuromorfe computers met elkaar verbonden zijn en welke hoge verwachtingen onderzoek op verschillende niveaus heeft voor toekomstige technologie. Vooruitgang in supergeleidende technologie zou niet alleen een revolutie teweeg kunnen brengen in de efficiëntie van de datatechnologie, maar ook kunnen leiden tot verbeteringen in de energie-efficiëntie op wereldschaal.