Projet de recherche : TRUMPF souhaite améliorer ses lasers avec des ordinateurs quantiques

Développement laser chez TRUMPF (Source de l'image : TRUMPF) / Développement laser chez TRUMPF (Photo : TRUMPF)

La société de haute technologie TRUMPF, l'institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT et le Dahlem Center for Complex Quantum Systems du département de physique de l'Université libre de Berlin étudient les bases de la physique laser à l'aide d'algorithmes quantiques. L'objectif à long terme est d'accélérer considérablement le processus de développement de nouveaux lasers à l'aide d'ordinateurs quantiques. « En comprenant plus précisément les processus physiques par lesquels la lumière laser est générée et amplifiée, nous pourrons rendre nos produits plus efficaces à l'avenir et augmenter leurs performances », explique Daniel Basilewitsch, responsable du projet chez TRUMPF. La question centrale est de savoir si les ordinateurs quantiques peuvent mieux simuler les processus quantiques complexes qui se déroulent dans les lasers que les ordinateurs haute performance traditionnels que TRUMPF utilise jusqu'à présent.

Focus sur les lasers CO₂ et les lasers à semi-conducteurs

Les partenaires du projet concentrent leurs recherches sur les lasers CO₂ et les lasers à semi-conducteurs. « Outre leur utilisation pour la transmission de données, dans la détection par capteurs dans les smartphones ou à l'avenir dans la conduite autonome, les lasers à semi-conducteurs constituent la colonne vertébrale de la plupart des applications industrielles du laser, que ce soit en tant que source de pompage ou dans l'application directe. L'impact potentiel d'une meilleure prévision des propriétés d'amplification à l'aide d'algorithmes quantiques peut donc être considérable. L'objectif est de calculer les processus quantiques dans les lasers à semi-conducteurs à l'aide d'ordinateurs quantiques », explique le Prof. Carlo Holly, chef du département Data Science et Messtechnik au Fraunhofer ILT et responsable du Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme à l'Université RWTH Aachen. Cependant, il faudra encore du temps avant que les ordinateurs quantiques soient largement utilisables dans l'industrie. Bien qu'il existe déjà quelques prototypes, ils ne sont pas encore adaptés aux tâches industrielles complexes. « Néanmoins, il est important de commencer dès aujourd'hui à acquérir le savoir-faire nécessaire pour pouvoir utiliser les ordinateurs quantiques dans l'industrie à l'avenir », ajoute Basilewitsch.

Les partenaires du projet apportent leur expertise respective

Le Fraunhofer ILT est en tête dans la simulation des lasers à semi-conducteurs, le Dahlem Center for Complex Quantum Systems dans la modélisation des collisions moléculaires. TRUMPF développe les premiers algorithmes quantiques et coordonne le projet. Le ministère fédéral de la Recherche, de la Technologie et de l'Aérospatiale finance le projet dans le cadre de la mesure de soutien « Quantic Informatics appliquée » avec environ 1,8 million d'euros.

Dans un premier temps, les chercheurs analysent les approches de simulation existantes et testent les premiers algorithmes quantiques. « Le cœur du projet consiste à traduire la modélisation physique des processus de transfert d'énergie souhaités ou indésirables qui se déroulent dans le laser CO₂ de la modélisation classique à la modélisation quantique. Une meilleure compréhension de ces processus servira ensuite à l'optimisation de la conception du laser », explique le Prof. Dr. Christiane Koch de l'Université de Berlin. « Le projet constitue une étape importante pour rendre, par exemple, la production de puces énergivores plus durable, là où nos lasers CO₂ sont aujourd'hui utilisés », ajoute Basilewitsch.