Kwantumcomputers staan bekend om hun enorme energieverbruik, wat een belangrijke uitdaging vormt voor hun toekomstige bruikbaarheid. Wetenschappers hebben echter een doorbraak bereikt die deze energielast aanzienlijk kan verlichten. Dit biedt veelbelovende perspectieven voor een schonere en efficiëntere toepassing van kwantumtechnologie.
De meeste huidige kwantumcomputers maken gebruik van omvangrijke optische systemen en energie-intensievere componenten, wat resulteert in een aanzienlijke warmteontwikkeling en de noodzaak van uitgebreide koelsystemen. Een team van de Universiteit van Colorado, Boulder, heeft een innovatieve oplossing gevonden: een optische modulatorschip ter grootte van een microchip. Dit nieuwe component is ontworpen om laserfrequenties met extreme precisie te controleren en verbruikt veel minder energie dan traditionele systemen.
De Kracht van Verminderde Energieconsumptie
Deze nieuwe fase-modulator is bijna 100 keer dunner dan een haar en biedt de mogelijkheid om meer optische kanalen in minder ruimte te beheren, met aanzienlijk minder energieverbruik. Dit is cruciaal, aangezien energie en warmte essentiële factoren zijn in het ontwerp van kwantumcomputers.
De meest geavanceerde kwantumcomputers zijn afhankelijk van gevangen ionen of neutrale atomen als qubits. Voor een behoorlijke werking moeten lasers ongelooflijk nauwkeurig worden afgestemd. Momenteel vereist het aanpassen van deze laserfrequenties grote electro-optische modulators die veel microgolven verbruiken.
“Het creëren van nieuwe laserfrequenties met exacte verschillen is essentieel voor de werking van kwantumcomputers,” zegt Jake Freedman, de leider van het onderzoek. “Voor massaproductie hebben we technologie nodig die efficiënt nieuwe frequenties kan genereren.”
Duurzame Productie met CMOS
De onderzoekers hebben ook de milieuvoordelen van de fabricage van deze chips benadrukt. In tegenstelling tot maatwerk in laboratoria, worden deze nieuwe componenten geproduceerd met de CMOS-techniek die ook wordt gebruikt bij de productie van conventionele processors. Dit betekent dat het theoretisch mogelijk is om een grote hoeveelheid identieke componenten te produceren zonder handmatige assemblage en zonder langdurige optische verbindingen.
“Je bouwt geen kwantumcomputer met 100.000 electro-optische modulators in een magazijn vol optische tafels,” legt Professor Matt Eichenfield uit.
Samen met collega’s van de Sandia National Laboratories werkt het team aan meer geïntegreerde fotonische circuits die meerdere functies in één chip combineren. Dit kan een significante stap voorwaarts zijn richting kwantummachines die niet alleen de qubit-schaal verhogen, maar ook de energie- en koelbehoeften verminderen.
