Technológia budúcnosti: supravodivosť prináša revolúciu do kvantových počítačov!

Technológia budúcnosti: supravodivosť prináša revolúciu do kvantových počítačov!

Medzinárodná konferencia o supravodivej elektronike (ISEC) sa etablovala ako dôležitá platforma pre výskum supravodivých materiálov. Táto konferencia sa koná každé dva roky v rôznych krajinách, pričom Nemecko naposledy hostilo v roku 1997. Prezident univerzity Kai-Uwe Sattler z TU Ilmenau zdôraznil zásadnú úlohu tohto výskumu pre digitalizáciu a energeticky náročné technológie. Supravodivé materiály sú schopné viesť elektrinu bez strát a ponúkajú revolučné možnosti pre kvantové počítače a energeticky účinné polovodiče.

Tieto pokroky sú obzvlášť dôležité pre znižovanie energetických potrieb dátových centier, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu pri poskytovaní cloudových služieb a internetu vecí (IoT). So súčasnou úrovňou technológie tradičné počítače dosahujú svoje limity kvôli ich zastaranej architektúre. Na riešenie týchto výziev predstaví profesor Hannes Töpfer nový prístup k šetreniu energie, ktorý kombinuje neuromorfné výpočty so supravodivosťou.

Neuromorfné výpočty ako kľúčová technológia

Koncept neuromorfných výpočtových systémov napodobňuje spracovanie informácií v ľudskom mozgu. V neuromorfnej Josephsonovej sieti sú supravodivé Josephsonove kontakty spojené takým spôsobom, že simulujú funkciu biologických nervových buniek. Informácie sa prenášajú prostredníctvom krátkych impulzov, podobne ako neurónové signály v nervovom systéme. To vedie k značnej spotrebe energie. Každý výpočtový bit môže vyžadovať až miliardu krát menej energie ako predchádzajúce technológie.

Cieľom tohto výskumu je nielen vývoj inovatívnych techník, ale aj optimalizácia ich využitia v dátových centrách, doprave a priemysle. Pomáha to znižovať uhlíkovú stopu IT, ktorá má v dnešnom svete naliehavý význam. Existujú tiež cenné poznatky zo štúdií, ktoré sa zaoberajú aj energetickou účinnosťou neuromorfných počítačov, ako napríklad v publikáciách Li et al. (2020) a Zhang a kol. (2020), kde sa skúmajú efektívne neurónové siete a výpočtové architektúry inšpirované neuronom.

Európsky prístup k inováciám

Paralelne so zisteniami z ISEC sa v Európe vyvíja aj OpenSuperQplus100, projekt založený na supravodivých kvantových počítačoch. Tento projekt je súčasťou strategického výskumného programu EÚ pre kvantové technológie a jeho cieľom je vyvinúť systémy a technológie na výrobu vysokokvalitných kvantových čipov. Vznikne tak dizajnová a výrobná platforma pre kvantové čipy vrátane integrácie do viacčipových modulov a definície výrobných procesov pre qubitové čipy.

Fraunhofer EMFT sa aktívne podieľa na vývoji nových procesov na výrobu qubit čipov v pilotnej linke. Konečným cieľom je vyrábať tieto čipy v priemyselnom meradle pre komerčné aplikácie a cesta k ďalšiemu pokroku, pričom ďalší krok je zameraný na čipy s až 1 000 qubitmi. Aplikácie tejto technológie zahŕňajú kvantové simulácie v chemickom priemysle a materiálovej vede, ako aj optimalizačné problémy a strojové učenie.

Celkovo tento vývoj ukazuje, ako úzko sú témy supravodivá elektronika a neuromorfné výpočty spojené a aké vysoké očakávania má výskum na rôznych úrovniach pre budúcu technológiu. Pokroky v supravodivých technológiách by mohli nielen spôsobiť revolúciu v efektívnosti v dátových technológiách, ale viesť aj k zlepšeniu energetickej účinnosti v celosvetovom meradle.