Trumpf и Fraunhofer проверят, смогут ли квантовые компьютеры превзойти суперкомпьютеры в создании лазеров

Компания Trumpf, известная своими лазерными технологиями, которые лежат в основе оборудования ASML для производства микросхем с использованием EUV-литографии, решила сделать ставку на квантовые вычисления. Вместе с партнерами из Fraunhofer ILT и Центра Далема при Свободном университете Берлина, инженеры Trumpf намерены выяснить, способны ли современные квантовые компьютеры принести реальную пользу в оптимизации промышленных CO2-лазеров, превзойдя по эффективности классические суперкомпьютеры. Если гипотеза подтвердится, это откроет путь к созданию новых, более совершенных лазерных систем.

CO2-лазеры давно заняли прочное место в полупроводниковой индустрии, где они используются в источниках света для DUV и EUV литографии, а также в других промышленных и научных сферах, включая кремниевую фотонику. В рамках нового проекта исследователи сосредоточатся на двух направлениях: практическом применении CO2-лазеров в промышленности и фундаментальных исследованиях на уровне микроскопических процессов. На реализацию этой инициативы правительство Германии выделило почти 2 миллиона евро.

Главная причина, по которой квантовые компьютеры могут оказаться эффективнее традиционных вычислительных систем, кроется в самой природе физических процессов, происходящих в CO2-лазерах. Колебательные и вращательные переходы, столкновения молекул, динамика инверсии населенностей — все это квантово-механические явления, которые классические суперкомпьютеры вынуждены моделировать с большими допущениями из-за ограничений по объему памяти. Квантовые же машины способны естественным образом оперировать с огромным числом состояний, что делает их потенциально более подходящими для точного моделирования сложных взаимодействий внутри лазерных систем.

В рамках проекта специалисты Fraunhofer ILT делятся опытом в области моделирования полупроводниковых приборов, а Центр Далема отвечает за описание молекулярных столкновений. Перед командой стоит задача адаптировать привычные модели передачи энергии к формату, пригодному для квантовых алгоритмов. Trumpf берет на себя разработку первых версий таких алгоритмов и организует их тестирование. Особое внимание уделяется процессам, определяющим усиление в CO2-лазерах, ведь точное понимание того, как энергия распределяется между молекулярными состояниями, критически важно для повышения эффективности и мощности лазерных установок.

Исследования начинаются с анализа существующих методов моделирования и сравнения их с ранними квантовыми подходами, чтобы выявить реальные преимущества новых технологий. Поскольку современные квантовые компьютеры пока еще далеки от промышленной зрелости, основной акцент делается на формировании компетенций и подготовке к тому моменту, когда квантовые машины станут достаточно мощными для решения прикладных задач. В частности, ученые проверяют, какие именно элементы лазерных моделей можно будет эффективнее реализовать на квантовом оборудовании.

В перспективе полученные знания позволят не только совершенствовать усиливающие среды и взаимодействие источников накачки с активными материалами, но и создавать более компактные, экономичные и производительные лазерные устройства. Это может существенно повлиять на развитие литографических инструментов и других систем, где используются лазеры Trumpf.

Кроме того, компания отмечает, что внедрение квантовых алгоритмов в моделирование лазерных процессов может снизить экологическую нагрузку от работы подобных устройств. Однако пока проект находится на начальной стадии, и говорить о конкретных результатах рано — многое еще предстоит проверить и доказать на практике. Сергей Никифоров