Proyecto de investigación: TRUMPF quiere mejorar sus láseres con ordenadores cuánticos

Desarrollo de láser en TRUMPF (Fuente de la imagen: TRUMPF) / Desarrollo de láser en TRUMPF (Foto: TRUMPF)

La empresa de alta tecnología TRUMPF, el Instituto Fraunhofer para Tecnología Láser ILT y el Dahlem Center for Complex Quantum Systems en la Facultad de Física de la Universidad Libre de Berlín investigan los fundamentos de la física láser con la ayuda de algoritmos cuánticos. El objetivo a largo plazo es acelerar significativamente el proceso de desarrollo de nuevos láseres mediante computadoras cuánticas en el futuro. “Si entendemos con mayor precisión los procesos físicos en los que se genera y amplifica la luz láser, podremos hacer nuestros productos más eficientes y aumentar su rendimiento”, dice Daniel Basilewitsch, responsable del proyecto en TRUMPF. La cuestión central es si las computadoras cuánticas pueden simular mejor los complejos procesos cuántico-mecánicos que ocurren en los láseres en comparación con las computadoras de alto rendimiento convencionales que TRUMPF utiliza hasta ahora.

Enfoque en láseres de CO₂ y láseres de semiconductores

Los socios del proyecto se concentran en su investigación en láseres de CO₂ y láseres de semiconductores. “Además de su uso en la transmisión de datos, en la sensórica en teléfonos inteligentes o en el futuro en la conducción autónoma, los láseres de semiconductores constituyen la columna vertebral de la mayoría de las aplicaciones industriales de láser, ya sea como fuente de bombeo o en aplicaciones directas. Por lo tanto, el impacto de una mejor predicción de las propiedades de amplificación mediante algoritmos cuánticos puede ser significativo. El objetivo es calcular los procesos cuántico-mecánicos en los láseres de semiconductores con computadoras cuánticas”, dice el Prof. Carlo Holly, director del Departamento de Ciencia de Datos y Tecnología de Medición en el Fraunhofer ILT y director de la Cátedra de Tecnología de Sistemas Ópticos en la RWTH Aachen. Sin embargo, todavía tomará tiempo para que las computadoras cuánticas sean ampliamente utilizables en la industria. Aunque ya existen primeros prototipos, actualmente no son adecuados para tareas industriales complejas. “Aun así, es importante comenzar a construir el conocimiento hoy para poder usar computadoras cuánticas en la industria en el futuro”, dice Basilewitsch.

Los socios del proyecto aportan su experiencia respectiva

El Fraunhofer ILT es líder en la simulación de láseres de semiconductores, mientras que el Dahlem Center for Complex Quantum Systems se especializa en la modelización de choques moleculares. TRUMPF desarrolla los primeros algoritmos cuánticos y coordina el proyecto. El Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio financia el proyecto dentro de la iniciativa de apoyo “Informática Cuántica Orientada a la Aplicación” con aproximadamente 1,8 millones de euros.

Inicialmente, los investigadores analizan los enfoques de simulación existentes y prueban los primeros algoritmos cuánticos. “El núcleo del proyecto es la traducción de la modelización física de los procesos de transferencia de energía deseados e indeseados que ocurren en el láser de CO₂ de los modelos clásicos a los modelos cuánticos. Una mejor comprensión de estos procesos servirá para optimizar el diseño del láser”, explica la Prof. Dra. Christiane Koch de la FU Berlín. “El proyecto es un paso importante para hacer, por ejemplo, la producción de chips, que consume mucha energía, más sostenible, donde hoy en día se utilizan nuestros láseres de CO₂”, añade Basilewitsch.