Lasery wskazują drogę do komercjalizacji rozwiązań kwantowych
Technologie kwantowe, które wykorzystują wyjątkowe właściwości cząstek subatomowych między innymi w celu przetwarzania informacji, stopniowo wychodzą z laboratoriów i znajdują praktyczne zastosowania w warunkach komercyjnych. Wśród najważniejszych sektorów charakteryzujących się istotnym potencjałem wzrostu można wymienić informatykę kwantową i produkcję czujników kwantowych (zapewniających wysoką precyzję pozycjonowania i pomiaru czasu), a także rozwiązania przemysłowe, w tym symulacje chemiczne w celu badania nowych materiałów i cząsteczek. „Połączenie procesorów kwantowych z konwencjonalnymi superkomputerami umożliwia rozwiązywanie niezwykle złożonych zadań optymalizacyjnych i symulacji”, wyjaśnia Jussi-Pekka Penttinen, koordynator projektu SEMIQLEAP(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z ramienia spółki Vexlum(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Finlandii.
Lasery na potrzeby przemysłowych rozwiązań kwantowych
Lasery są istotnym elementem rozwiązań kwantowych, który jest niezbędny w procesach manipulacji, pomiarów i chłodzenia układów kwantowych, a także wielu innych układach. Trudno jednak porównywać je z typowymi laserami. Lasery wykorzystywane w urządzeniach kwantowych wymagają ultrawysokiej stabilności długości fali oraz wyjątkowo niskiego poziomu zakłóceń optycznych, by zapewnić ich prawidłowe działanie i uniknąć zakłóceń delikatnej koherencji kwantowej. Lasery wykorzystywane w urządzeniach kwantowych stają się coraz mniejsze. Fińska spółka Vexlum jest jednym z liderów innowacji w tym obszarze. Zaprojektowany przez jej zespół laser półprzewodnikowy jest w stanie emitować fale o zadanej długości przy wysokich poziomach mocy, których oczekują układy kwantowe oparte na atomach i jonach. Jednocześnie opracowane przez spółkę lasery są znacznie bardziej kompaktowe i łatwiejsze w obsłudze niż starsze rozwiązania. „Nasza technologia została z powodzeniem wykorzystana w kilku kluczowych doświadczeniach kwantowych”, mówi Penttinen. „Przemysłowe rozwiązania kwantowe wymagają jednak laserów, które można produkować masowo przy zapewnieniu zgodności z jednolitą normą, a jednocześnie muszą charakteryzować się żywotnością i niezawodnością typową dla wyrobu komercyjnego. Prawdziwym przełomem będzie zatem przekształcenie istniejącego rozwiązania w produkt nadający się do masowej produkcji”.
Europejski rynek komponentów laserowych
Taki właśnie cel obrał zespół projektu SEMIQLEAP, który był realizowany dzięki wsparciu Europejskiej Rady ds. Innowacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Przepaść między urządzeniem, które sprawdziło się w warunkach laboratoryjnych, a rozwiązaniem opracowanym z myślą o skalowalnej produkcji przemysłowej to problem, którego rozwiązanie było celem projektu SEMIQLEAP”, zauważa Penttinen. „Bardziej dalekosiężne cele projektu obejmowały między innymi zapewnienie Europie źródła dostaw kluczowych komponentów laserowych, od których będzie zależał sektor technologii kwantowych. Kluczowym aspektem projektu było zbudowanie od nowa całego łańcucha wartości, począwszy od wafla krzemowego, przez gotowe wzmacniacze półprzewodnikowe, aż po kompletny układ laserowy. Zespół skupił się na budowie kompaktowych źródeł laserów przy jednoczesnym zwiększeniu niezawodności i odporności całego łańcucha produkcyjnego. „W praktyce oznaczało to trzy rzeczy - zwiększanie skali produkcji wzmacniaczy w celu osiągnięcia produkcji wielkoseryjnej, wdrożenie zautomatyzowanych metod charakteryzacji i testów porównawczych, by zapewnić jednolite normy jakości wszystkich układów scalonych, a także połączenie wszystkich elementów w kompaktowe i gotowe do wdrożenia rozwiązania laserowe”, wyjaśnia Penttinen.
Zautomatyzowana produkcja wafli krzemowych i charakteryzacja układów
Zespołowi projektu udało się osiągnąć postępy zarówno w zakresie zautomatyzowanej produkcji wafli krzemowych, jak i charakteryzacji gotowych układów scalonych, co przełożyło się na wydajność produkcji i skuteczniejszą kontrolę jakości. „Udało nam się zweryfikować osiągi naszej nowej kompaktowej platformy laserowej dużej mocy (VXL) z wbudowanymi układami elektronicznymi, a także opracować prototyp znacznie mniejszego systemu laserowego nowej generacji”, dodaje Penttinen. Projekt stanowi zatem kluczowy kamień milowy na drodze do komercjalizacji sprawdzonych rozwiązań laserowych spółki Vexlum i przejścia do ich produkcji seryjnej. „Linia VXL jest sprawdzoną platformą zaprojektowaną z myślą o skalowalnym wdrożeniu w przemysłowych rozwiązaniach kwantowych – w szczególności w komputerach kwantowych i optycznych zegarach atomowych”, wyjaśnia Penttinen. „Zamierzamy dołożyć wszelkich starań, by zapewnić dostawy tych laserów w ilościach wymaganych przez sektor technologii kwantowych w miarę jego rozwoju”.
