تتجه شركة Trumpf، الشركة المصنعة لأشعة الليزر المستخدمة في أدوات تصنيع شرائح الأشعة فوق البنفسجية الخاصة بشركة ASML، إلى الحوسبة الكمومية لاستكشاف طرق جديدة لتحسين أشعة الليزر الخاصة بها. تتعاون شركة Trumpf مع شركائها من Fraunhofer ILT ومركز Dahlem في جامعة Freie Universität Berlin لاستكشاف ما إذا كان من الممكن بالفعل استخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحديثة بشكل أكثر فعالية من أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية الحالية. إذا أثبتت أجهزة الكمبيوتر الكمومية أنها أكثر كفاءة، فيمكنها تحسين أنظمة ليزر ثاني أكسيد الكربون من الجيل التالي.
يتم نشر وحدات الليزر المعتمدة على ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع في إنتاج أشباه الموصلات (تحديدًا في مصادر الضوء لأدوات الطباعة الحجرية DUV وEUV، مثل تلك التي طورتها Cymer لأدوات ASML's NXE وEXE)، وصناعة غير أشباه الموصلات الأوسع، وضوئيات السيليكون المستخدمة للاتصال. ومن ثم، ستقوم المجموعة باستكشاف اتجاهين للتكنولوجيا: التطبيقات الصناعية النموذجية لأشعة ليزر ثاني أكسيد الكربون والاتجاه العلمي للاستكشافات المجهرية. يتم دعم هذه المبادرة بحوالي 1.8 مليون يورو من الوزارة الفيدرالية للتعليم والبحث في ألمانيا.
الحوسبة الكمومية × ميكانيكا الكم
قد تتفوق أجهزة الكمبيوتر الكمومية على أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية في نمذجة ليزر ثاني أكسيد الكربون لأن فيزياء هذه الليزر – تبادلات الطاقة الاهتزازية والدورانية، والاصطدامات الجزيئية، وديناميكيات الانعكاس السكاني – هي بطبيعتها ميكانيكية كمومية. تميل أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكلاسيكية إلى تقريب هذه العمليات، نظرًا لأن التمثيل الكامل لنظام كمي متعدد الحالات يتطلب تخزين عدد متزايد بشكل كبير من السعات، وهو الأمر الذي أصبح صعبًا على أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحالية التي يمكن لشركات مثل Trumpf الوصول إليها.
وفي الوقت نفسه، يمكن للكمبيوتر الكمومي تمثيل الحالات الكمومية محليًا: حيث يمكن لعدد n من الكيوبتات تشفير مساحة حالة ثنائية الأبعاد دون استخدام كميات من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM) التي تحد من عمليات المحاكاة الكلاسيكية. وهذا يجعل الأجهزة الكمومية أكثر ملاءمة لمحاكاة تفاعلات العديد من الأجسام المنفصلة التي تنظم الكسب والخسائر وسلوك نقل الطاقة داخل ليزر ثاني أكسيد الكربون. ومع نضوج الآلات الكمومية بشكل عام، فإنها يمكن أن تتيح تنبؤات أكثر دقة وتحسينًا أسرع لتصاميم الليزر الصناعية.
دعونا نجربها؟
تتمثل المهمة الرئيسية لفريق العمل الأول في تحديد ما إذا كانت الأجهزة الكمومية قادرة على التعامل مع التفاعلات الميكانيكية الكمومية المعقدة التي تتحكم في كيفية توليد الجسيمات للضوء وتضخيمه. ويساهم معهد Fraunhofer ILT بخبرته في محاكاة أجهزة أشباه الموصلات، في حين يقدم مركز Dahlem الخبرة في وصف ديناميكيات التصادم الجزيئي.
يتضمن أحد المكونات التقنية الرئيسية لهذا العمل ترجمة الأوصاف المحددة لسلوك نقل الطاقة إلى أشكال مناسبة للخوارزميات الكمومية. يقوم Trumpf بتطوير الإصدارات الأولى من هذه الخوارزميات الكمومية وتنسيق اختباراتها. أحد الأهداف المبكرة هو مجموعة العمليات التي تحكم تضخيم ليزر ثاني أكسيد الكربون، حيث يعد التنبؤ الدقيق لكيفية انتقال الطاقة بين الحالات الجزيئية المختلفة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الإخراج البصري والأداء العام للنظام.
بدأ الباحثون بمراجعة طرق المحاكاة الحالية ومقارنة الأساليب الكمومية المبكرة لمعرفة أين يمكن أن تقدم المزايا. وبما أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية هي في الأساس نماذج أولية وتفتقر إلى القوة اللازمة لأحمال العمل الصناعية الكبيرة، فإن التركيز ينصب على بناء المعرفة اللازمة لاستغلال أجهزة كمومية أكثر قدرة بمجرد وصولها. يتضمن ذلك التحقق من إمكانية تشغيل أجزاء معينة من نماذج فيزياء الليزر بكفاءة أكبر على الأجهزة الكمومية مقارنة بالحواسيب العملاقة التقليدية.
جزء آخر من الخطة هو استخدام الفهم المحسن للسلوك المجهري لتوجيه تصميمات الليزر المستقبلية، بدءًا من تحسين وسائط الكسب إلى ضبط كيفية تفاعل مصادر المضخة مع المواد النشطة. يمكن أن تؤدي التنبؤات الأكثر دقة في النهاية إلى أداء أعلى، أو تقليل استهلاك الطاقة، أو أجهزة أكثر إحكاما، مما قد يؤثر على الأجهزة الفعلية التي تستخدم ليزر ترومف، بما في ذلك أدوات الطباعة الحجرية.
أخيرًا وليس آخرًا، يشير ترومف إلى أن التقدم في نمذجة ليزر ثاني أكسيد الكربون الذي تم تمكينه بواسطة الخوارزميات الكمومية يمكن أن يقلل من التأثير البيئي للأجهزة المعتمدة على الليزر. ومع ذلك، وبالنظر إلى أن الدراسة في مراحلها الأولى من التطوير، فإن التأثير الفعلي للحوسبة الكمومية على الأجهزة التي تستخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون بالكاد يمكن تصوره في هذه المرحلة.
يتبع أجهزة توم على أخبار جوجل، أو أضفنا كمصدر مفضل، للحصول على آخر الأخبار والتحليلات والمراجعات في خلاصاتك.
التعليقات