Výzkumný projekt: TRUMPF chce pomocí kvantových počítačů vylepšit své lasery

Vývoj laserů u TRUMPF (Zdroj obrázku: TRUMPF) / Vývoj laserů ve společnosti TRUMPF (Foto: TRUMPF)

Vysokotechnologická společnost TRUMPF, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT a Dahlem Center for Complex Quantum Systems na Fakulty fyziky Freie Universität Berlin zkoumají základy laserové fyziky pomocí kvantových algoritmů. Dlouhodobým cílem je v budoucnu urychlit vývojový proces nových laserů pomocí kvantových počítačů. „Pokud budeme přesněji rozumět fyzikálním procesům, při nichž je laserové světlo vytvářeno a zesilováno, můžeme naše produkty v budoucnu ještě efektivněji vyrábět a zvyšovat jejich výkon,“ říká Daniel Basilewitsch, zodpovědný za projekt ve společnosti TRUMPF. Hlavní otázkou je, zda kvantové počítače dokážou lépe simulovat složité kvantově-mechanické procesy, které probíhají v lasech, než dosud používané výkonné klasické počítače společnosti TRUMPF.

Zaměření na CO₂-lasery a polovodičové lasery

Partneři projektu se při svém výzkumu zaměřují na CO₂-lasery a polovodičové lasery. „Kromě jejich použití pro přenos dat, v senzorech v chytrých telefonech nebo v budoucnu při autonomním řízení, představují polovodičové lasery jako pumpující zdroj nebo v přímém použití páteř většiny průmyslových laserových aplikací. Odpovídajícím způsobem může mít větší dopad lepší předpověď zesilovacích vlastností pomocí kvantových algoritmů. Cílem je pomocí kvantových počítačů vypočítat kvantově-mechanické procesy v polovodičových lasech,“ říká prof. Carlo Holly, vedoucí oddělení Data Science a měřicí techniky na Fraunhofer ILT a vedoucí katedry Technologie optických systémů na RWTH Aachen. Ačkoli to bude ještě nějakou dobu trvat, než budou kvantové počítače široce využitelné v průmyslu. Už existují první prototypy, ale v současnosti jsou ještě nevhodné pro složité průmyslové úkoly. „Je však důležité již dnes budovat know-how, aby bylo možné kvantové počítače v budoucnu využívat v průmyslu,“ říká Basilewitsch.

Partneři projektu přinášejí své odborné znalosti

Fraunhofer ILT je přední v simulaci polovodičových laserů, Dahlem Center for Complex Quantum Systems se zaměřuje na modelování molekulárních třesků. TRUMPF vyvíjí první kvantové algoritmy a koordinuje celý projekt. Německé spolkové ministerstvo výzkumu, technologií a letectví podporuje projekt v rámci dotačního programu „Aplikovaná kvantová informatika“ částkou přibližně 1,8 milionu eur.

Nejprve vědci analyzují stávající simulační přístupy a testují první kvantové algoritmy. „Jádrem projektu je převod fyzikálního modelování probíhajících, žádoucích i nežádoucích, přenosových procesů energie v CO₂-laseru z klasických na kvantové počítače. Lepší pochopení těchto procesů pak povede k optimalizaci návrhu laseru,“ vysvětluje prof. Dr. Christiane Koch z FU Berlin. „Projekt je důležitým krokem k tomu, aby například energeticky náročná výroba čipů byla udržitelnější, kde dnes naše CO₂-lasery nacházejí uplatnění,“ dodává Basilewitsch.