Il produttore di high-tecnologia TRUMPF ha avviato un'attività di ricerca per verificare se i computer quantistici possano accelerare lo sviluppo dei laser industriali di prossima-generazione, un progetto che potrebbe rimodellare i flussi di lavoro di modellazione nel settore dei laser.
L'iniziativa riunisce tre organizzazioni con sede in Germania-che combinano competenze nell'ingegneria laser industriale, nella simulazione-laser dei semiconduttori e nella modellazione-meccanica quantistica: TRUMPF, il Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT e il Dahlem Center for Complex Quantum Systems presso la Freie Universität Berlin.
Il consorzio è sostenuto da un finanziamento di 1,8 milioni di euro da parte del Ministero federale tedesco dell'Istruzione e della ricerca attraverso il suo programma di informatica quantistica orientata alle applicazioni.
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Gli odierni laser industriali sono progettati utilizzando simulazioni numeriche su larga-scala che modellano il modo in cui la luce viene generata e amplificata all'interno del laser. Nonostante i progressi nel calcolo ad alte-prestazioni, molti di questi calcoli continuano ad essere impegnativi dal punto di vista computazionale. L'iniziativa guidata da TRUMPF- mira a determinare se i computer quantistici, e i nuovi algoritmi sviluppati per essi, potrebbero simulare queste interazioni quanto{5}}meccaniche in modo più efficiente rispetto ai metodi tradizionali. In caso di successo, questo approccio potrebbe abbreviare i cicli di sviluppo e consentire un'ottimizzazione più precisa dei progetti laser di prossima-generazione.
"Se comprendiamo in modo più preciso i processi fisici coinvolti nella generazione e nell'amplificazione della luce laser, saremo in grado di rendere i nostri prodotti ancora più efficienti e di aumentare le loro prestazioni in futuro", ha affermato Daniel Basilewitsch, responsabile del progetto presso TRUMPF.
Una sfida fondamentale è riscrivere i processi di trasferimento dell'energia-all'interno dei laser a CO₂ in modo che possano essere gestiti da un computer quantistico.
Il consorzio si concentrerà inizialmente sui laser a CO₂ e sui laser a semiconduttore, due piattaforme ampiamente utilizzate nella produzione industriale, nel rilevamento e nelle comunicazioni ottiche. Fraunhofer ILT apporta competenze di lunga data-nella simulazione di laser a semiconduttore, mentre i ricercatori di Berlino contribuiranno con la loro esperienza nella modellazione di collisioni molecolari e altri processi quantistici complessi. TRUMPF svilupperà i primi algoritmi quantistici e fornirà il contesto industriale che guiderà la ricerca.
Una parte importante del progetto è tradurre i modelli classici esistenti in versioni che possano essere eseguite sui primi processori quantistici. Il team testerà i metodi preliminari di simulazione quantistica e li confronterà direttamente con quelli degli approcci consolidati di calcolo ad alte-prestazioni. Secondo Christiane Koch della Freie Universität Berlin, una sfida fondamentale è riscrivere i processi di trasferimento dell'energia-all'interno dei laser a CO₂ in modo che possano essere gestiti da un computer quantistico. Se funziona, potrebbe guidare le future architetture laser e persino sostenere gli sforzi di sostenibilità nei settori ad alta intensità energetica-come la fabbricazione di semiconduttori, dove i laser a CO₂ svolgono un ruolo essenziale.
I computer quantistici su larga scala-rimangono lontani anni, ma i partner del consorzio considerano questo lavoro come un investimento in capacità a lungo-termine. "È importante sviluppare oggi le competenze affinché in futuro i computer quantistici possano essere utilizzati nell'industria", ha osservato Basilewitsch in un comunicato stampa.
