Yarı iletken üretiminde kritik rol oynayan EUV lazerlerin üreticisi Trumpf, lazer teknolojisini optimize etmek için kuantum hesaplama alanına yöneliyor. Trumpf, Fraunhofer ILT ve Freie Universität Berlin'deki Dahlem Merkezi ortaklarıyla birlikte, modern kuantum bilgisayarlarının mevcut klasik süper bilgisayarlardan daha etkili kullanılıp kullanılamayacağını araştırıyor. Eğer kuantum bilgisayarlar daha verimli olursa, bu durum yeni nesil CO2 lazer sistemlerinde önemli iyileştirmeler sağlayabilir.
CO2 tabanlı lazer üniteleri, yarı iletken üretiminin yanı sıra (özellikle ASML'nin NXE ve EXE araçları için geliştirilen Cymer gibi sistemlerde DUV ve EUV litografi araçlarının ışık kaynaklarında), genel endüstriyel uygulamalarda ve bağlantı için kullanılan silikon fotoniklerde yaygın olarak kullanılıyor. Bu nedenle, grup teknolojinin iki yönünü inceleyecek: CO2 lazerlerinin tipik endüstriyel uygulamaları ve mikroskobik keşiflerin bilimsel yönü. Bu girişim, Almanya Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı'ndan yaklaşık 1.8 milyon Euro ile destekleniyor.
Kuantum Hesaplama ve Kuantum Mekaniği Buluşması
Kuantum bilgisayarlar, bu lazerlerin temelini oluşturan titreşimsel ve dönme enerji değişimleri, moleküler çarpışmalar ve popülasyon tersinme dinamiği gibi CO2 lazerlerinin fiziği doğası gereği kuantum mekaniksel olduğundan, klasik süper bilgisayarlarından daha iyi performans gösterebilir. Klasik süper bilgisayarlar, birçok durumlu bir kuantum sistemini tam olarak temsil etmek, katlanarak artan sayıda genliği depolamayı gerektirdiğinden ve bu durum Trumpf gibi şirketlerin erişebildiği mevcut süper bilgisayarlar için zorlaştığından, bu süreçleri genellikle yaklaştıkça modelleme eğilimindedir.
Öte yandan, bir kuantum bilgisayar, kuantum durumlarını doğal olarak temsil edebilir: n qubit, klasik simülasyonların sınırladığı DRAM miktarlarını kullanmadan 2ⁿ boyutlu bir durum uzayını kodlayabilir. Bu, kuantum donanımını, CO2 lazerleri içindeki kazanç, kayıplar ve enerji transferi davranışlarını düzenleyen ayrık, çoklu-cisim etkileşimlerini simüle etmek için çok daha uygun hale getirir. Genel olarak kuantum makineleri olgunlaştıkça, endüstriyel lazer tasarımlarının çok daha doğru tahminlerini ve daha hızlı optimizasyonunu sağlayabilirler.
Denemeye Değer mi?
İlk görev gücünün ana görevi, parçacıkların ışığı nasıl ürettiğini ve yükselttiğini yöneten karmaşık kuantum-mekaniksel etkileşimleri kuantum donanımının ele alıp alamayacağını belirlemektir. Fraunhofer ILT, yarı iletken cihazların simülasyonundaki deneyimini katkıda bulunurken, Dahlem Merkezi moleküler çarpışma dinamiklerinin açıklanması konusundaki uzmanlığını sağlıyor.
Çalışmanın önemli bir teknik bileşeni, enerji transferi davranışlarının yerleşik açıklamalarını kuantum algoritmalarına uygun biçimlere dönüştürmeyi içeriyor. Trumpf, bu kuantum algoritmalarının ilk sürümlerini geliştiriyor ve testlerini koordine ediyor. Erken hedeflerden biri, CO2 lazer amplifikasyonunu yöneten süreçler kümesidir; burada enerjinin farklı moleküler durumlar arasında nasıl hareket ettiğinin doğru tahmini, optik çıkışın ve genel sistem performansının optimize edilmesi için kritik öneme sahiptir.
Araştırmacılar, mevcut simülasyon yöntemlerini gözden geçirerek ve erken kuantum yaklaşımlarını karşılaştırarak, avantaj sağlayabilecekleri yerleri görmeye başladılar. Günümüz kuantum bilgisayarlarının temel olarak prototipler olması ve büyük endüstriyel iş yükleri için gereken sağlamlıktan yoksun olması nedeniyle, daha yetenekli kuantum makineleri geldiğinde bunları kullanmak için gereken bilgi birikimini oluşturmaya odaklanılıyor. Bu, lazer fiziği modellerinin belirli bölümlerinin geleneksel süper bilgisayarlardan daha verimli bir şekilde kuantum donanımında çalışıp çalışamayacağını doğrulamayı içeriyor.
Planın bir diğer bölümü, mikroskobik davranışın iyileştirilmiş anlayışını kullanarak, kazanç ortamlarının iyileştirilmesinden pompa kaynaklarının aktif malzemelerle nasıl etkileşime girdiğinin ayarlanmasına kadar gelecekteki lazer tasarımlarını yönlendirmektir. Daha doğru tahminler, nihayetinde daha yüksek performans, azaltılmış güç tüketimi veya daha kompakt cihazlara yol açabilir ve bu da litografi araçları da dahil olmak üzere Trumpf'un lazerlerini kullanan gerçek cihazları etkileyebilir.
Son olarak, kuantum algoritmalarıyla desteklenen CO2 lazer modellemesindeki ilerlemelerin lazer tabanlı cihazların çevresel etkisini azaltabileceğini belirten Trumpf, çalışmanın geliştirmenin erken aşamalarında olması nedeniyle, kuantum hesaplamanın CO2 lazerlerini kullanan cihazlar üzerindeki gerçek etkisinin şu anda hayal bile edilemediğini de ekliyor.
