Европейские исследователи разрабатывают квантовые компьютеры с использованием света и стекла. Это сотрудничество обещает прорывы в вычислительной мощности, технологии аккумуляторов и научных открытиях.
Джулия Акконсия: от увлечения технологиями к передовым исследованиям
Джулия Акконсия выросла в живописном историческом городе Сполето, расположенном у подножия итальянских Апеннин. Ещё в средней школе она увлеклась современными технологиями, что определило её будущее.
Её любовь к электронике привела её в Политехнический университет Милана, где она сейчас находится в авангарде исследований в области квантовых вычислений.
Квантовые вычисления: новый уровень скорости
В отличие от компьютеров и смартфонов, которые мы используем каждый день и которые полагаются на кремниевые чипы и движущиеся электроны, фотонные квантовые компьютеры используют силу световых частиц, или фотонов, для обработки информации с поразительной скоростью.
Квантовые компьютеры обещают быть намного быстрее, чем сегодняшние устройства, и способны решать сложные задачи, которые в настоящее время ставят в тупик даже самые продвинутые машины. Но эта технология сталкивается со значительными препятствиями, прежде чем начнёт приносить коммерческую выгоду, и несколько фирм и исследовательских организаций по всему миру работают над их преодолением.
Инициатива QLASS: улучшение квантовых характеристик с помощью стекла
Инициатива QLASS, управляемая Фондом Политехнического университета Милана, объединяет команду исследователей из ведущих исследовательских центров и малого и среднего бизнеса во Франции, Италии и Германии. Они стремятся улучшить квантовые характеристики, используя свойства стекла.
Их миссия — использовать стеклянные чипы, созданные Ephos, для разработки фотонного квантового компьютера. Чипы, изготовленные Ephos, используют свет, а не электричество, для обработки информации. Они имеют до 200 реконфигурируемых оптических режимов, что позволяет им динамически регулировать распространение света по чипу.
Однако работа со светом в таком крошечном масштабе непроста. «Вам нужно использовать материалы, которые могут передавать свет. Это сложно, потому что вам нужно ограничить свет, но избежать поглощения», — сказала Акконсия. «Если он поглощается, он не будет распространяться».
Исследователи QLASS разрабатывают машину, которая могла бы преодолеть эти проблемы. Их цель — генерировать одиночные фотоны и направлять их через стеклянные схемы — что может помочь решить реальные проблемы, такие как разработка более совершенных аккумуляторов, открытие новых лекарств или даже разгадка тайн Вселенной.
Лазерное написание в стекле: инновационный подход
Одной из их наиболее перспективных инноваций является лазерное написание в стекле — передовой метод, разработанный Ephos, который может помочь квантовым технологиям достичь новых высот. Ephos уникальна тем, что создаёт квантовые фотонные чипы из стекла.
В их процессе световые частицы генерируются и проходят по оптическому волокну и в этот чип. Всё сделано из стекла, поэтому риск того, что фотоны отклонятся по пути, меньше. Это имеет решающее значение, поскольку потеря даже фотона означает потерю ценной информации.
Задача сложна и требует поистине общеевропейских усилий. В Германии компания Pixel Photonics совершенствует сверхчувствительные детекторы для захвата каждого фотона, в то время как Schott AG поставляет высококачественные стеклянные подложки.
Между тем в Италии команда Акконсии в Милане разрабатывает высокопроизводительную электронику, которая управляет системой, в то время как эксперты в области экспериментальной квантовой оптики в Римском университете Сапиенца занимаются генерацией одиночных фотонов.
Совместная работа для достижения целей
Эта сеть сотрудничества идеально соответствует целям Европы в рамках «Цифрового десятилетия» и «Закона о чипах» — развернуть первый квантовый суперкомпьютер на континенте к 2025 году и создать собственную промышленность квантовых чипов к 2030 году.
Стремление сделать компьютеры быстрее и мощнее сталкивается с физическими ограничениями того, насколько мы можем уменьшить кремниевые чипы. Квантовые компьютеры — это совершенно другое дело, но учёным ещё предстоит укротить их.
Исследователи QLASS разделяют общую цель: создать работающий фотонный квантовый прибор в Сапиенца к 2026 году. После завершения разработки программное обеспечение, разработанное в Университете Монпелье и в Фонде Unitary, проверит этот прибор.
Первая задача? Разработка более совершенных литий-ионных аккумуляторов, необходимых для хранения возобновляемой энергии и электрификации европейского транспорта. Это то, что волнует Акконсию. «Это отвечает моим интересам в области зелёных технологий», — сказала она. «Проведение исследований занимает много времени, но когда вы так близки к применению, вы чувствуете, что действительно можете изменить ситуацию в ближайшем будущем».
Используя вариационные квантовые алгоритмы — специальные инструкции, которые помогают квантовым машинам решать задачи более эффективно, — квантовые вычисления могут моделировать химию аккумуляторов, ускорять поиск новых материалов и даже улучшать мониторинг состояния аккумуляторов.
Тем временем флагманская программа «Квантовые технологии», десятилетняя инициатива ЕС, запущенная в 2018 году, поддерживает коммерческие квантовые приложения с бюджетом в 1 миллиард евро.
«В целом Европа конкурентоспособна с США и Китаем с точки зрения нашего глубокого кадрового резерва, и в Европе довольно разнообразная и богатая сцена стартапов», — сказал Роккетто. «Хотя нам не хватает крупных коммерческих игроков с глубокими карманами США».
Квантовые компьютеры могут изменить и химию. Хотя учёные понимают правила, регулирующие атомы и соединения, отслеживание их взаимодействий в режиме реального времени невероятно сложно — это не под силу сегодняшним кремниевым компьютерам.
«Моделирование квантовых систем, вероятно, поможет нам в открытии лекарств и открытии новых материалов», — сказал Роккетто. Он считает, что квантовые вычисления в конечном итоге откроют новые двери.
«Это позволит нам узнать больше о самой Вселенной. Это основная причина, по которой мы должны создавать эти машины», — заключил он.
open-source software to facilitate quantum operations. Teams at the National Center for Scientific Research and the Université de Montpellier are modeling advanced energy-storage solutions, crucial groundwork for future quantum-driven applications.”,”This collaborative network aligns perfectly with Europe’s Digital Decade and Chips Act goals to deploy the continent’s first quantum-accelerated supercomputer by 2025 and to nurture a home-grown quantum-chip industry by 2030.”,”The drive to make computers faster and more powerful is facing physical limits of how much we can downsize silicon chips. Quantum computers are an entirely different beast, but scientists still have work to do to tame them.”,”The QLASS researchers share a common goal: to build an operational photonic quantum device at Sapienza University by 2026. Once completed, software developed at the Université de Montpellier and the Unitary Foundation will put this device to the test.”,”Its first challenge? Designing better lithium-ion batteries, essential for storing renewable energy and electrifying European transport. This is something that excites Acconcia.”,”\”This appeals to my interest in green technologies,\” she said. \”Doing research takes a long time, but when you get so close to application, you feel you can really make a difference in the near future.\””,”By using variational quantum algorithms—special instructions that help quantum machines solve problems more efficiently—quantum computing could simulate battery chemistry, speed up the search for new materials, and even improve how we monitor battery health.”,”Meanwhile, the Quantum Technologies Flagship, a decade-long EU initiative launched in 2018, is supporting commercial quantum applications with a €1 billion budget.”,”\”Overall, Europe is competitive with the U.S. and China in terms of our deep talent pool, and Europe has quite a diverse and rich startup scene,\” said Rocchetto. \”Though we do lack big commercial players with the deep, deep pockets of the U.S.\””,”Quantum computers could transform chemistry, too. While scientists understand the rules governing atoms and compounds, tracking their interactions in real time is incredibly complex—beyond the reach of today’s silicon computers.”,”\”Simulating quantum systems is likely to help us with drug discovery and the discovery of new materials,\” said Rocchetto. He believes quantum computing will ultimately open new doors.”,”\”It will enable us to discover more about the universe itself. That is the number one reason why we should build these machines.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tHorizon: The EU Research & Innovation Magazine\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Optics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник