Mehr als ein Quäntchen Trumpf will per Quantencomputer die eigenen Laser verbessern

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Den Grundlagen der Laserphysik gehen Trumpf, das Fraunhofer-ILT und das Dahlem Center for Complex Quantum Systems jetzt hochmodern auf den Grund.

Das Trumpf aus Ditzingen, das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen und das Dahlem Center for Complex Quantum Systems am Fachbereich Physik der Freien Universität Berlin erforschen, wie Trumpf jetzt informiert, die Grundlagen der Laserphysik mithilfe von Quantenalgorithmen.

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Das langfristige Ziel ist es demnach, mit Quantencomputern den künftigen Entwicklungsprozess für neue Laser deutlich zu beschleunigen. „Wenn wir die physikalischen Vorgänge, bei denen Laserlicht erzeugt und verstärkt wird, präziser verstehen, können wir unsere Produkte künftig noch effizienter machen und ihre Leistung steigern“, wie Daniel Basilewitsch, bei Trumpf verantwortlich für das Projekt, erklärt. Dabei will man die zentrale Frage beantworten, ob Quantencomputer auch die komplexen quantenmechanischen Prozesse, die in Lasersystemen ablaufen, besser simulieren können als herkömmliche Hochleistungscomputer, die dafür in Ditzingen bisher genutzt werden.

Revolutionspotenzial durch besseres Verständnis für Lasereffekte

Die Projektpartner fokussieren sich, wie man erfahren darf, auf CO₂-Laser und Halbleiterlaser. Denn außer zur effizienten Datenübertragung, bei der Sensorik in Smartphones oder zukünftig beim autonomen Fahren stellen Halbleiterlaser als Pumpquelle oder in der Direktanwendung das Rückgrat der meisten industriellen Laseranwendungen dar, wie der Trumpf-Experte anmerkt. Entsprechend groß könne sich der Impact durch eine bessere Vorhersage der Verstärkungseigenschaften mithilfe von Quantenalgorithmen ausprägen. Das Ziel ist es, mit Quantencomputern die quantenmechanischen Vorgänge in den Halbleiterlasern zu berechnen“, wie Prof. Carlo Holly, Leiter der Abteilung Data Science und Messtechnik am Fraunhofer ILT und Leiter des RWTH Aachen – Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme, ergänzt. Doch bis Quantencomputer in der Industrie breit einsetzbar seien, werde es allerdings noch dauern. Zwar gibt es bereits erste Prototypen, doch diese sind derzeit noch ungeeignet für komplexe industrielle Aufgaben. „Dennoch ist es schon heute wichtig, das entsprechende Know-how aufzubauen, um Quantencomputer künftig in der Industrie einsetzen zu können“, macht Basilewitsch klar.

Folgende Expertisen bringen die drei Partner mit:

Das Fraunhofer ILT ist beispielsweise führend bei der Simulation von Halbleiterlasern. Das Dahlem Center for Complex Quantum Systems weiß, wie man bei der Modellierung von Molekülzusammenstößen vorzugehen hat. Und Trumpf entwickelt erste Quantenalgorithmen, übernimmt aber auch die Koordination des Projekts. Zunächst analysieren die Forscher bestehende Simulationsansätze und testen erste Quantenalgorithmen, wie es weiter heißt. Ein Kernpunkt der Arbeit betrifft auch die Übersetzung der physikalischen Modellierung der im CO₂ -Laser ablaufenden erwünschten (wie unerwünschten) Energietransferprozesse von klassischen Rechnern auf Quantencomputer. Ein besseres Verständnis dieser Prozesse werde dann der Optimierung des Laserdesigns dienen, erläutert Prof. Dr. Christiane Koch von der FU Berlin. Das Projekt gilt nicht zuletzt als ein wichtiger Schritt, um etwa die energiehungrige Chipproduktion nachhaltiger zu machen, wo bisher CO₂ -Laser zum Einsatz kommen. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt fördert das Vorhaben übrigens innerhalb der Fördermaßnahme „Anwendungsorientierte Quanteninformatik“ mit rund 1,8 Millionen Euro.

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