Technologia przyszłości: nadprzewodnictwo rewolucjonizuje komputery kwantowe!

Technologia przyszłości: nadprzewodnictwo rewolucjonizuje komputery kwantowe!

Międzynarodowa Konferencja Elektroniki Nadprzewodzącej (ISEC) stała się ważną platformą badań nad materiałami nadprzewodzącymi. Konferencja ta odbywa się co dwa lata w różnych krajach, a ostatnia jej gospodarzem była w Niemczech w 1997 r. Rektor uniwersytetu Kai-Uwe Sattler z TU Ilmenau podkreślił zasadniczą rolę tych badań dla cyfryzacji i technologii energochłonnych. Materiały nadprzewodzące są w stanie przewodzić prąd bez strat, oferując rewolucyjne możliwości dla komputerów kwantowych i energooszczędnych półprzewodników.

Postępy te mają szczególne znaczenie dla zmniejszenia zapotrzebowania na energię centrów danych, które odgrywają kluczową rolę w świadczeniu usług w chmurze i Internecie rzeczy (IoT). Przy obecnym poziomie technologii tradycyjne komputery osiągają swoje granice ze względu na przestarzałą architekturę. Aby stawić czoła tym wyzwaniom, prof. Hannes Töpfer zaprezentuje nowatorskie podejście do oszczędzania energii, które łączy obliczenia neuromorficzne z nadprzewodnictwem.

Obliczenia neuromorficzne jako kluczowa technologia

Koncepcja przetwarzania neuromorficznego naśladuje przetwarzanie informacji w ludzkim mózgu. W neuromorficznej sieci Josephsona nadprzewodzące styki Josephsona są połączone w taki sposób, że symulują funkcję biologicznych komórek nerwowych. Informacje są przesyłane za pomocą krótkich impulsów, podobnych do sygnałów neuronowych w układzie nerwowym. Prowadzi to do znacznego zużycia energii. Każdy bit obliczeniowy może wymagać nawet miliarda razy mniej energii niż poprzednie technologie.

Celem tych badań jest nie tylko opracowanie innowacyjnych technik, ale także optymalizacja ich wykorzystania w centrach danych, transporcie i przemyśle. Pomaga to zmniejszyć ślad węglowy IT, co ma pilne znaczenie w dzisiejszym świecie. Istnieją również cenne spostrzeżenia z badań, które dotyczą również wydajności energetycznej komputerów neuromorficznych, takich jak publikacje Li i in. (2020) oraz Zhang i in. (2020), w którym badane są wydajne sieci neuronowe i architektury obliczeniowe inspirowane neuronami.

Europejskie podejście do innowacji

Równolegle z ustaleniami ISEC w Europie opracowywany jest także projekt OpenSuperQplus100 oparty na nadprzewodzących komputerach kwantowych. Projekt ten stanowi część strategicznego programu badań UE w zakresie technologii kwantowej i ma na celu opracowanie systemów i technologii umożliwiających produkcję wysokiej jakości chipów kwantowych. Spowoduje to utworzenie platformy do projektowania i produkcji chipów kwantowych, obejmującej integrację z modułami wieloukładowymi i zdefiniowanie procesów produkcyjnych chipów kubitowych.

Fraunhofer EMFT aktywnie uczestniczy w opracowywaniu nowych procesów produkcji chipów kubitowych w linii pilotażowej. Ostatecznym celem jest produkcja tych chipów na skalę przemysłową do zastosowań komercyjnych i ścieżka do dalszych postępów, a kolejnym krokiem będzie produkcja chipów o wielkości do 1000 kubitów. Zastosowania tej technologii obejmują symulacje kwantowe w przemyśle chemicznym i materiałoznawstwie, a także problemy optymalizacyjne i uczenie maszynowe.

Ogólnie rzecz biorąc, zmiany te pokazują, jak blisko powiązane są tematy elektroniki nadprzewodzącej i obliczeń neuromorficznych oraz jakie wysokie oczekiwania wiążą się z badaniami na różnych poziomach w stosunku do przyszłej technologii. Postępy w technologii nadprzewodnictwa mogą nie tylko zrewolucjonizować wydajność technologii danych, ale także doprowadzić do poprawy efektywności energetycznej w skali globalnej.