Tehnologija prihodnosti: superprevodnost revolucionira kvantne računalnike!

Tehnologija prihodnosti: superprevodnost revolucionira kvantne računalnike!

Mednarodna konferenca o superprevodni elektroniki (ISEC) se je uveljavila kot pomembna platforma za raziskave superprevodnih materialov. Ta konferenca poteka vsaki dve leti v različnih državah, Nemčija je nazadnje gostila leta 1997. Predsednik univerze Kai-Uwe Sattler iz TU Ilmenau je poudaril bistveno vlogo teh raziskav za digitalizacijo in energetsko intenzivne tehnologije. Superprevodni materiali lahko prevajajo elektriko brez izgub, kar ponuja revolucionarne možnosti za kvantne računalnike in energetsko učinkovite polprevodnike.

Ta napredek je še posebej pomemben za zmanjšanje potreb po energiji podatkovnih centrov, ki igrajo ključno vlogo pri zagotavljanju storitev v oblaku in internetu stvari (IoT). S sedanjo stopnjo tehnologije tradicionalni računalniki dosegajo svoje meje zaradi svoje zastarele arhitekture. Za reševanje teh izzivov bo prof. Hannes Töpfer predstavil nov pristop k varčevanju z energijo, ki združuje nevromorfno računalništvo s superprevodnostjo.

Nevromorfno računalništvo kot ključna tehnologija

Koncept nevromorfnega računalništva posnema obdelavo informacij v človeških možganih. V nevromorfnem Josephsonovem omrežju so superprevodni Josephsonovi kontakti povezani tako, da simulirajo delovanje bioloških živčnih celic. Informacije se prenašajo s kratkimi impulzi, podobnimi nevronskim signalom v živčnem sistemu. To vodi do znatne porabe energije. Vsak računalniški bit bi lahko zahteval do milijardo krat manj energije kot prejšnje tehnologije.

Cilj te raziskave ni samo razviti inovativne tehnike, temveč tudi optimizirati njihovo uporabo v podatkovnih centrih, transportu in industriji. To pomaga zmanjšati ogljični odtis IT, ki je v današnjem svetu zelo pomemben. Obstajajo tudi dragoceni vpogledi iz študij, ki obravnavajo tudi energetsko učinkovitost nevromorfnih računalnikov, na primer v publikacijah Li et al. (2020) in Zhang et al. (2020), kjer preiskujejo učinkovite nevronske mreže in nevro-inspirirane računalniške arhitekture.

Evropski pristop k inovacijam

Vzporedno z ugotovitvami ISEC se v Evropi razvija tudi projekt OpenSuperQplus100, ki temelji na superprevodnih kvantnih računalnikih. Ta projekt je del strateške raziskovalne agende EU za kvantno tehnologijo in je namenjen razvoju sistemov in tehnologij za proizvodnjo visokokakovostnih kvantnih čipov. To bo ustvarilo konstrukcijsko in proizvodno platformo za kvantne čipe, vključno z integracijo v module z več čipi in opredelitvijo proizvodnih procesov za qubit čipe.

Fraunhofer EMFT aktivno sodeluje pri razvoju novih procesov za proizvodnjo čipov qubit v pilotni liniji. Končni cilj je proizvodnja teh čipov v industrijskem obsegu za komercialne aplikacije in pot do nadaljnjega napredka, pri čemer je naslednji korak namenjen čipom z do 1000 kubiti. Aplikacije te tehnologije vključujejo kvantne simulacije v kemični industriji in znanosti o materialih, pa tudi optimizacijske probleme in strojno učenje.

Na splošno ta razvoj kaže, kako tesno so teme superprevodne elektronike in nevromorfnega računalništva povezane in kakšna visoka pričakovanja imajo raziskave na različnih ravneh za tehnologijo prihodnosti. Napredek v superprevodni tehnologiji bi lahko povzročil ne samo revolucijo v učinkovitosti podatkovne tehnologije, ampak tudi izboljšanje energetske učinkovitosti v svetovnem merilu.