Progetto di ricerca: TRUMPF vuole migliorare i suoi laser con i computer quantistici

Sviluppo laser presso TRUMPF (Fonte immagine: TRUMPF) / Sviluppo laser presso TRUMPF (Foto: TRUMPF)

La società high-tech TRUMPF, l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT e il Dahlem Center for Complex Quantum Systems del Dipartimento di Fisica dell'Università libera di Berlino studiano le basi della fisica laser con l'aiuto di algoritmi quantistici. L'obiettivo a lungo termine è di accelerare significativamente il processo di sviluppo di nuovi laser con i computer quantistici in futuro. «Se comprendiamo più precisamente i processi fisici, in cui la luce laser viene generata e amplificata, potremo rendere i nostri prodotti più efficienti e aumentarne le prestazioni», afferma Daniel Basilewitsch, responsabile del progetto presso TRUMPF. Al centro della ricerca vi è la domanda se i computer quantistici possano simulare meglio i complessi processi quantomeccanici che avvengono nei laser rispetto ai tradizionali supercomputer, che TRUMPF utilizza finora.

Focus su laser a CO₂ e laser a semiconduttore

I partner di progetto si concentrano nella loro ricerca sui laser a CO₂ e sui laser a semiconduttore. «Oltre alla loro applicazione nel trasferimento dati, nei sensori degli smartphone o in futuro nella guida autonoma, i laser a semiconduttore rappresentano la spina dorsale della maggior parte delle applicazioni laser industriali, sia come sorgente di pompaggio sia in applicazioni dirette. Di conseguenza, l'impatto di una migliore previsione delle caratteristiche di amplificazione tramite algoritmi quantistici può essere molto grande. L'obiettivo è calcolare i processi quantomeccanici nei laser a semiconduttore con i computer quantistici», afferma il Prof. Carlo Holly, responsabile del Dipartimento di Data Science e Misure presso il Fraunhofer ILT e direttore del Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme all'RWTH Aachen. Tuttavia, ci vorrà ancora del tempo prima che i computer quantistici siano ampiamente utilizzabili nell'industria. Sebbene ci siano già i primi prototipi, questi non sono ancora adatti per compiti industriali complessi. «Tuttavia, è importante iniziare già oggi a sviluppare le competenze necessarie affinché in futuro i computer quantistici possano essere impiegati nell'industria», aggiunge Basilewitsch.

I partner di progetto apportano le loro rispettive competenze

Il Fraunhofer ILT è leader nella simulazione dei laser a semiconduttore, mentre il Dahlem Center for Complex Quantum Systems si occupa della modellazione di collisioni molecolari. TRUMPF sviluppa i primi algoritmi quantistici e coordina il progetto. Il Ministero federale della ricerca, della tecnologia e dello spazio finanzia il progetto nell'ambito dell'iniziativa «Quantum Information Applications» con circa 1,8 milioni di euro.

Inizialmente, i ricercatori analizzano gli approcci di simulazione esistenti e testano i primi algoritmi quantistici. «Il cuore del progetto è la traduzione della modellazione fisica dei processi di trasferimento energetico desiderati e indesiderati che avvengono nel laser a CO₂ da un modello classico a uno quantistico. Una migliore comprensione di questi processi servirà poi all'ottimizzazione del design del laser», spiega la Prof.ssa Dr.ssa Christiane Koch dell'Università di Berlino. «Il progetto rappresenta un passo importante per rendere più sostenibile, ad esempio, la produzione di chip ad alta intensità energetica, dove oggi vengono utilizzati i nostri laser a CO₂», conclude Basilewitsch.