Malý čip může učinit kvantové počítače ekologičtějšími
Kvantové stroje mají vysokou energetickou náročnost, ještě dříve než začnou být užitečné, zejména proto, že pro jejich ovládání je zapotřebí objemná sada zařízení. Podle vědců objev umožňuje snížit tuto zátěž, což může být důležité pro budoucí využití energie.
Kvantová výpočetní technika je obvykle označována jako supervelmoc budoucnosti, která umožňuje rychlejší objevování, lepší materiály a nové léky. Nejkomplikovanější částí však je, co je potřeba k jejímu správnému fungování.
Dokonce i než se dostaneme k velkým a praktickým strojům, současné konfigurace jsou plné objemných optických zařízení a komponentů, které spotřebovávají velké množství energie, kromě chlazení a infračervené infrastruktury, která je provází.
Nicméně, tým z Coloradské univerzity v Boulderu tvrdí, že učinil objev, který dokázal zredukovat významnou část této komplikovanosti na zařízení velikosti mikrochipu. Jde o optickou součást, navrženou tak, aby s extrémní přesností ovládala laserové frekvence a spotřebovávala mnohem méně mikrovlnné energie než mnoho současných laboratorních systémů. Méně energie znamená také méně tepla, což je jedním z hlavních důvodů, proč je rozšiřování kvantových strojů složitým procesem.
Práce vědců se soustředí na nový optický modulátor fáze, který je téměř 100krát tenčí než lidský vlas. Podle vědců by tento modulátor mohl pomoci budoucím kvantovým počítačům fungovat s více optickými kanály na menším prostoru, s menšími energetickými ztrátami potřebnými pro udržení stability.
Proč je energie a teplo důležité
Některé z hlavních projektů kvantových počítačů používají uvězněné ionty nebo neutrální atomy jako qubity. Tyto systémy závisí na laserových paprscích, které musí být naladěny s neuvěřitelnou přesností, aby „správně komunikovaly“ s atomy. V současnosti změna frekvencí laseru zahrnuje velké elektro-optické modulátory, které se nacházejí na optických stolech a vyžadují značnou mikrovlnnou energii.
„Vytváření nových kopií laseru s velmi přesně rozdílnými frekvencemi je jedním z nejdůležitějších nástrojů pro práci s kvantovými počítači založenými na atomů a iontech,“ říká Jake Freedman, který vedl výzkum. „Ale pro to, abychom to dělali ve velkém měřítku, potřebujeme technologii, která dokáže efektivně generovat tyto nové frekvence.“
Tým tvrdí, že jejich zařízení může generovat tyto změny frekvence s přibližně 80krát menší spotřebou mikrovlnné energie než mnoho komerčních modulátorů. To, podle týmu, pomůže snížit energetickou náročnost, zahřívání a potřebu rozsáhlých hardwarových konfigurací, které se nehodí přímo.
Výroba a využití těchto čipů
Výroba a použití těchto čipů má také potenciál zelené technologie, podle výzkumníků. Místo toho, aby byly vyrobeny v přizpůsobených laboratořích, vysvětlili výzkumníci, jak se zařízení vyrábí pomocí CMOS, stejného masového výrobního postupu, který stojí za běžnými procesory. Tím pádem, teoreticky, mohou vyrábět velké množství identických komponentů bez manuální montáže a bez dlouhých optických cest na laboratorním stole.
„Nebudete vyrábět kvantový počítač s 100 000 elektro-optickými modulátory hromadně v skladech plných optických stolů,“ říká profesor Matt Eichenfield.
Spolu se spolupracovníky z Národních laboratoří Sandia tým nyní pracuje na integrovanějších fotonických obvodech, které kombinují víc funkcí do jediného čipu. Pokud se to podaří, bude to krok směrem k kvantovým strojům, které se neomezují pouze na růst v qubitech, ale také se rozšiřují tak, aby nepřetěžovaly energii a chlazení okolo.
