Projekt badawczy: TRUMPF chce ulepszyć swoje lasery za pomocą komputerów kwantowych

Rozwój laserów w TRUMPF (Źródło zdjęcia: TRUMPF) / Rozwój laserów w TRUMPF (Zdjęcie: TRUMPF)

Firma high-tech TRUMPF, Instytut Fraunhofer dla Technologii Laser ILT oraz Centrum Kompleksowych Systemów Kwantowych Dahlem na Wydziale Fizyki Freie Universität Berlin badają podstawy fizyki laserów za pomocą algorytmów kwantowych. Celem długoterminowym jest przyspieszenie procesu rozwoju nowych laserów za pomocą komputerów kwantowych. „Jeśli dokładniej zrozumiemy fizyczne procesy, w których powstaje i wzmacnia się światło laserowe, będziemy mogli w przyszłości uczynić nasze produkty jeszcze bardziej wydajnymi i zwiększyć ich moc” — mówi Daniel Basilewitsch, odpowiedzialny za projekt w TRUMPF. Głównym pytaniem jest, czy komputery kwantowe mogą lepiej symulować złożone procesy kwantowo-mechaniczne zachodzące w laserach niż dotychczas wykorzystywane komputery wysokiej wydajności.

Skupienie na laserach CO₂ i laserach półprzewodnikowych

Partnerzy projektu koncentrują się na badaniach laserów CO₂ i laserów półprzewodnikowych. „Oprócz ich zastosowania w przesyłaniu danych, w sensorach w smartfonach czy w przyszłości w autonomicznym jeździe, lasery półprzewodnikowe jako źródło pompy lub w bezpośrednich zastosowaniach stanowią trzon większości przemysłowych zastosowań laserowych. W związku z tym wpływ lepszej prognozy właściwości wzmacniania za pomocą algorytmów kwantowych może być znaczny. Celem jest obliczanie procesów kwantowo-mechanicznych w laserach półprzewodnikowych za pomocą komputerów kwantowych” — mówi prof. Carlo Holly, kierownik działu Data Science i Technologii Pomiarowej w Fraunhofer ILT oraz kierownik katedry Technologii Systemów Opticznych na RWTH Aachen. Jednakże, zanim komputery kwantowe będą szeroko stosowane w przemyśle, minie jeszcze trochę czasu. Chociaż pojawiły się pierwsze prototypy, obecnie nie są one jeszcze odpowiednie do złożonych zadań przemysłowych. „Niemniej jednak ważne jest, aby już dziś budować wiedzę, która pozwoli na przyszłe zastosowanie komputerów kwantowych w przemyśle” — dodaje Basilewitsch.

Partnerzy projektu wnoszą swoją wiedzę ekspercką

Fraunhofer ILT jest liderem w symulacji laserów półprzewodnikowych, Centrum Kompleksowych Systemów Kwantowych Dahlem zajmuje się modelowaniem zjawisk molekularnych. TRUMPF opracowuje pierwsze algorytmy kwantowe i koordynuje projekt. Federalne Ministerstwo Badań, Technologii i Lotnictwa wspiera projekt w ramach programu „Zastosowania w informatyce kwantowej” kwotą około 1,8 miliona euro.

Początkowo naukowcy analizują istniejące metody symulacji i testują pierwsze algorytmy kwantowe. „Sednem przedsięwzięcia jest przekładanie modelowania fizycznego procesów transferu energii, które zachodzą w laserze CO₂, z klasycznych na komputery kwantowe, zarówno tych pożądanych, jak i niepożądanych. Lepsze zrozumienie tych procesów posłuży następnie do optymalizacji konstrukcji laserów” — wyjaśnia prof. dr Christiane Koch z FU Berlin. „Projekt jest ważnym krokiem w kierunku uczynienia produkcji chipów, która jest energochłonna, bardziej zrównoważoną, gdzie obecnie stosuje się nasze lasery CO₂” — dodaje Basilewitsch.