Der Hightech-Hersteller TRUMPF hat eine Forschungsinitiative gestartet, um zu untersuchen, ob Quantencomputer die Entwicklung von Industrielasern der nächsten{1}}Generation beschleunigen können. Dieses Projekt könnte die Modellierungsabläufe im gesamten Lasersektor neu gestalten.
Die Initiative vereint drei in Deutschland ansässige Organisationen, die Fachwissen in den Bereichen industrielle Lasertechnik, Halbleiterlasersimulation und quantenmechanische Modellierung vereinen: TRUMPF, das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und das Dahlem-Zentrum für komplexe Quantensysteme der Freien Universität Berlin.
Das Konsortium wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen seines Programms „Anwendungsorientierte Quanteninformatik“ mit 1,8 Millionen Euro gefördert.
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Heutige Industrielaser werden mithilfe umfangreicher numerischer Simulationen entwickelt, die modellieren, wie Licht im Laser erzeugt und verstärkt wird. Trotz der Fortschritte im Hochleistungsrechnen bleiben viele dieser Berechnungen rechenintensiv. Ziel der von TRUMPF-geleiteten Initiative ist es herauszufinden, ob Quantencomputer und die für sie entwickelten neuen Algorithmen diese quantenmechanischen Wechselwirkungen effizienter simulieren können als herkömmliche Methoden. Im Erfolgsfall könnte dieser Ansatz die Entwicklungszyklen verkürzen und eine präzisere Optimierung von Laserdesigns der nächsten -Generation ermöglichen.
„Wenn wir die physikalischen Prozesse bei der Erzeugung und Verstärkung von Laserlicht genauer verstehen, können wir unsere Produkte künftig noch effizienter machen und ihre Leistung steigern“, sagt Daniel Basilewitsch, der das Projekt bei TRUMPF leitet.
Eine zentrale Herausforderung besteht darin, die Energieübertragungsprozesse in CO₂-Lasern so umzuschreiben, dass ein Quantencomputer damit umgehen kann.
Das Konsortium wird sich zunächst auf CO₂-Laser und Halbleiterlaser konzentrieren, zwei Plattformen, die in der industriellen Fertigung, Sensorik und optischen Kommunikation weit verbreitet sind. Das Fraunhofer ILT bringt langjährige Expertise in der Simulation von Halbleiterlasern ein, während die Forscher in Berlin ihre Erfahrungen in der Modellierung von Molekülkollisionen und anderen komplexen Quantenprozessen einbringen. TRUMPF wird die ersten Quantenalgorithmen entwickeln und den industriellen Kontext für die Forschung bereitstellen.
Ein wichtiger Teil des Projekts besteht darin, bestehende klassische Modelle in Versionen zu übersetzen, die auf frühen Quantenprozessoren laufen können. Das Team wird vorläufige Quantensimulationsmethoden testen und diese direkt mit denen etablierter Hochleistungs-Computing-Ansätze vergleichen. Laut Christiane Koch von der Freien Universität Berlin besteht eine zentrale Herausforderung darin, die Energieübertragungsprozesse in CO₂-Lasern so umzuschreiben, dass ein Quantencomputer damit umgehen kann. Wenn dies funktioniert, könnte es zukünftige Laserarchitekturen leiten und sogar Nachhaltigkeitsbemühungen in energieintensiven Sektoren wie der Halbleiterfertigung unterstützen, in denen CO₂-Laser eine wesentliche Rolle spielen.
Quantencomputer im großen Maßstab werden noch Jahre entfernt sein, aber die Partner des Konsortiums betrachten diese Arbeit als eine Investition in die langfristige Leistungsfähigkeit. „Es ist wichtig, heute die Expertise aufzubauen, damit Quantencomputer künftig in der Industrie eingesetzt werden können“, betonte Basilewitsch in einer Pressemitteilung.
