Kutatási projekt: A TRUMPF kvantumszámítógépekkel szeretné javítani lézerberendezéseit

Lézerfejlesztés a TRUMPF-nál (Kép forrása: TRUMPF) / Lézerfejlesztés a TRUMPF-nál (Fotó: TRUMPF)

A csúcstechnológiai vállalat TRUMPF, a Fraunhofer Lézertechnika Intézete ILT és a Dahlem Komplex Kvantumrendszerek Központ a Berlini Szabad Egyetem Fizikai Tanszékén kvantumalgoritmusok segítségével kutatják a lézerfizika alapjait. A hosszú távú cél az, hogy a kvantumszámítógépek segítségével a jövőben jelentősen felgyorsítsák az új lézerek fejlesztési folyamatát. „Ha pontosabban értjük meg azokat a fizikai folyamatokat, amelyek során a lézerfény keletkezik és erősödik, akkor a jövőben hatékonyabban készíthetjük termékeinket, és növelhetjük azok teljesítményét” – mondja Daniel Basilewitsch, aki a TRUMPF-nál a projektért felelős. A központi kérdés az, hogy a kvantumszámítógépek jobban tudják-e szimulálni a lézerekben zajló összetett kvantummechanikai folyamatokat, mint a TRUMPF eddig használt hagyományos nagy teljesítményű számítógépek.

Fókuszban a CO₂-lézer és a félvezető lézerek

A kutatópartnerek a kutatásuk során a CO₂-lézerekre és a félvezető lézerekre összpontosítanak. „A félvezető lézerek nemcsak adatátvitelhez, hanem a szenzorikában okostelefonokban vagy a jövőben az önvezető járművekben is alkalmazhatók, mint pumpaforrás vagy közvetlen felhasználás esetén, és a legtöbb ipari lézeralkalmazás gerincét képezik. Ennek megfelelően nagy hatással lehet a jobb előrejelzés a megerősítési tulajdonságokról kvantumalgoritmusok segítségével. A cél az, hogy kvantumszámítógépek segítségével kiszámítsuk a kvantummechanikai folyamatokat a félvezető lézerekben” – mondja Prof. Carlo Holly, a Fraunhofer ILT Data Science és Méréstechnika Osztályának vezetője és az RWTH Aachen Optikai Rendszerek Technológia Tanszékének vezetője. Míg a kvantumszámítógépek széles körű ipari alkalmazása még várat magára, ez még időbe telik. Bár már léteznek első prototípusok, ezek jelenleg még nem alkalmasak összetett ipari feladatokra. „Ennek ellenére fontos már ma tudásbázist építeni, hogy a kvantumszámítógépeket a jövőben az iparban is alkalmazhassuk” – mondja Basilewitsch.

A projektpartnerek szakértelmüket hozzák be

A Fraunhofer ILT vezető szerepet tölt be a félvezető lézerek szimulációjában, a Dahlem Kvantumrendszerek Központ a molekulaszórások modellezésében. A TRUMPF kifejleszti az első kvantumalgoritmusokat és koordinálja a projektet. A Szövetségi Kutatási, Technológiai és Űrkutatási Minisztérium támogatja a „Alkalmazásorientált Kvantuminformatika” című támogatási program keretében mintegy 1,8 millió euróval.

Először a kutatók meglévő szimulációs megközelítéseket elemzik és tesztelik az első kvantumalgoritmusokat. „A projekt lényege a CO₂-lézerben zajló kívánt és nem kívánt energiatovábbítási folyamatok fizikai modellezésének átültetése klasszikusról kvantum-számítógépre. Ennek a folyamatnak a jobb megértése azután a lézertervezés optimalizálásához fog hozzájárulni” – magyarázza Prof. Dr. Christiane Koch a Berlini Egyetemről. „A projekt fontos lépés annak érdekében, hogy például a energiaigényes chipek gyártását fenntarthatóbbá tegyük, ahol ma a CO₂-lézereinket használjuk” – mondja Basilewitsch.