Infrastrukturę do pierwszego polskiego komputera kwantowego budują naukowcy z Politechniki Warszawskiej. W kręgu ich zainteresowania są też technologie układów fotoniki scalonej, które mają pomóc w rozwoju polskiej myśli wojskowej.
O postępie prowadzonych prac inżynierowie z Politechniki Warszawskiej mówili podczas największego wydarzenia dotyczącego optoelektroniki w Europie Środkowo-Wschodniej – VI Konferencji Optoelektronicznej pt. „Fotonika w wojskowej i cywilnej rewolucji technologicznej XXI wieku”. Wydarzenie, które odbyło się w dniach 17–18 listopada w Jachrance, zgromadziło ekspertów z zakresu optyki, elektroniki i informatyki.
Infrastruktura komputerów kwantowych
Komputery kwantowe to przyszłość informatyki w wielu zastosowaniach wymagających dużych nakładów obliczeniowych, jak np. analizy genetyczne, algorytmy optymalizacji kombinatorycznej QAOA, optymalizacja trajektorii obiektów i systemy wsparcie dowodzenia. Pozwalają one rozwiązywać specyficzne, skomplikowane problemy z wielu dziedzin nauki i przemysłu efektywniej niż najlepsze komputery klasyczne. Wszystko to za sprawą wykorzystania zjawisk kwantowych (stanów deterministycznych i stochastycznych) dokonujących jednoczesnej analizy w całej przestrzeni rozwiązań. Kwantowe bity, zwane kubitami, znajdujące się w stanie splątania umożliwiają równoczesne reprezentowanie 2n stanów, w przeciwieństwie do klasycznych zero-jedynkowych bitów, które w danej chwili reprezentują tylko jeden z 2n stanów. Stabilne utrzymanie splątanych kubitów (np. realizowanych przez jony wapnia Ca) wymaga ich schłodzenia do temperatury 4K i precyzyjnego laserowego pobudzania. W tym celu należy zapewnić niski poziom szumów sygnałów sterujących i separacje od zewnętrznych zakłóceń EM.
Komputer kwantowy to ogromne inżynieryjne wyzwanie. Na Politechnice Warszawskiej konstruujemy aktualnie niezbędną infrastrukturę pozwalającą na budowę w przyszłości docelowego urządzenia dzięki wsparciu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach konkursu SZAFIR/1. To przede wszystkim instalacja pułapki jonowej i wdrożenie systemu kontrolno-pomiarowego pod nazwą SINARA pracującego pod kontrolą systemu operacyjnego ARTIQ. Infrastruktura komputera kwantowego bazuje na pułapce jonowej, podobnie jak klasyczny komputer bazuje na procesorze – tłumaczy prof. dr hab. Krzysztof Poźniak z Instytutu Systemów Elektronicznych Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych PW.
W swoich pracach naukowcy wykorzystują ponad 50 rodzajów modułów elektronicznych i układów sterowania w standardach Eurocard (CPCIS) oraz MicroTCA opracowanych na Politechnice Warszawskiej przez zespół konstruktorów pod kierownictwem dr. inż. Grzegorza Kasprowicza. Podobnie jak kilkadziesiąt dużych ośrodków naukowych na świecie, używają ich do budowy rozległych, wielokanałowych, wysoko precyzyjnych układów akwizycji danych i sterowania, podobnie jak kilkadziesiąt dużych ośrodków naukowych na świecie.
Oprócz tego pozyskaliśmy również kompetencje w zakresie oprogramowania ARTIQ, w którym realizowany jest kompletny stos komputera kwantowego, począwszy od driverów modułów, aż po możliwość wytworzenia bramek kwantowych – dodaje prof. Poźniak.
Unikatowe układy fotoniki scalonej
Układy fotoniki scalonej są powszechnie uznawane za przyszłość technologii optoelektronicznych. Obecnie wykorzystywane są przede wszystkim w systemach telekomunikacji optycznej, ale obszar zastosowań poszerza się z niezwykłą dynamiką, sięgając do tak odległych od siebie dziedzin jak monitoring środowiska, biomedycyna, przemysł samochodowy i kolejowy, budownictwo, nowoczesne rolnictwo, monitorowanie zagrożeń terrorystycznych, techniki wojskowe czy kosmiczne.
Unikatową w skali Europy Środkowo-Wschodniej kompetencją polskich zespołów jest projektowanie, rozwój i wszechstronne testowanie układów fotoniki scalonej wytwarzanych w generycznych technologiach fosforku indu we współpracy z wiodącymi europejskimi laboratoriami technologicznymi. Do tej pory w Politechnice Warszawskiej opracowano blisko 100 autorskich fotonicznych układów scalonych ASPIC do zastosowań telekomunikacyjnych, czujnikowych, metrologicznych i medycznych. Współpraca zespołu z Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki z Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CEZAMAT zaowocowała również pierwszymi w Polsce rozwiązaniami technologicznymi w obszarze wytwarzania układów fotoniki scalonej.
Obecnie nasze prace koncentrują się na rozwijaniu unikatowej w skali światowej technologii układów fotoniki scalonej na zakres średniej podczerwieni (MIRPIC). Największym wyzwaniem, jakie postawiło przed sobą konsorcjum w składzie VIGO System, Politechnika Warszawska oraz Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki SBŁ, realizujące w ramach programu Techmatstrateg Narodowego Centrum Badań i Rozwoju projekt MIRPIC, jest opracowanie w pełni oryginalnej, polskiej platformy fotoniki scalonej, umożliwiającej realizację zaawansowanych układów ASPIC na zakres średniej podczerwieni do zastosowań czujnikowych, komunikacyjnych i specjalnych – podkreśla dr hab. inż. Ryszard Piramidowicz, prof. PW, z Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki WEiTI PW.
MK, źródło: PW