Onderzoeksproject: TRUMPF wil met quantumcomputers zijn lasers verbeteren

Laserentwicklung bei TRUMPF (Bildquelle: TRUMPF) / Laserontwikkeling bij TRUMPF (Foto: TRUMPF)

Het hightechbedrijf TRUMPF, het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT en het Dahlem Center for Complex Quantum Systems aan de Fachbereich Fysica van de Freie Universität Berlin onderzoeken de fundamenten van de laserfysica met behulp van quantumalgoritmen. Het langetermijndoel is om met quantumcomputers in de toekomst het ontwikkelingsproces voor nieuwe lasers aanzienlijk te versnellen. “Als we de fysieke processen, waarbij laserlicht wordt gegenereerd en versterkt, nauwkeuriger begrijpen, kunnen we onze producten in de toekomst nog efficiënter maken en hun prestaties verbeteren,” zegt Daniel Basilewitsch, verantwoordelijk voor het project bij TRUMPF. Centraal staat de vraag of quantumcomputers de complexe kwantummechanische processen die in lasers plaatsvinden, beter kunnen simuleren dan de traditionele high-performance computers die TRUMPF tot nu toe gebruikt.

Focus op CO₂-lasers en halfgeleiderlasers

De projectpartners richten zich in hun onderzoek op CO₂-lasers en halfgeleiderlasers. “Naast hun toepassing voor datatransmissie, waarbij sensortechnologie in smartphones of in de toekomst bij autonoom rijden, vormen halfgeleiderlasers als pompbron of in directe toepassing de ruggengraat van de meeste industriële laserapplicaties. Het potentieel van een betere voorspelling van de versterkingskenmerken met behulp van quantumalgoritmen kan dus aanzienlijk zijn. Het doel is om met quantumcomputers de kwantummechanische processen in de halfgeleiderlasers te berekenen,” zegt Prof. Carlo Holly, hoofd van de afdeling Data Science en Meettechniek aan het Fraunhofer ILT en hoofd van de RWTH Aachen – Leerstoel voor Technologie van Optische Systemen. Totdat quantumcomputers breed inzetbaar zijn in de industrie, zal het echter nog enige tijd duren. Hoewel er al eerste prototypes bestaan, zijn deze momenteel nog niet geschikt voor complexe industriële taken. “Toch is het belangrijk om nu al de kennis op te bouwen, zodat quantumcomputers in de toekomst in de industrie kunnen worden ingezet,” zegt Basilewitsch.

De projectpartners brengen hun expertise in

Het Fraunhofer ILT is leidend in de simulatie van halfgeleiderlasers, het Dahlem Center for Complex Quantum Systems in de modellering van moleculaire botsingen. TRUMPF ontwikkelt eerste quantumalgoritmen en coördineert het project. Het Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt financiert het project binnen de subsidieregeling “Toegepaste kwantuminformatica” met ongeveer 1,8 miljoen euro.

Allereerst analyseren de onderzoekers bestaande simulatiebenaderingen en testen eerste quantumalgoritmen. “De kern van het project is de vertaling van de fysische modellering van de gewenste en ongewenste energietransferprocessen die plaatsvinden in de CO₂-laser van klassieke naar kwantumcomputers. Een beter begrip van deze processen zal vervolgens bijdragen aan de optimalisatie van het laserontwerp,” legt Prof. Dr. Christiane Koch van de FU Berlin uit. “Het project is een belangrijke stap om bijvoorbeeld de energie-intensieve chipproductie duurzamer te maken, waar onze CO₂-lasers vandaag de dag worden ingezet,” zegt Basilewitsch.