Fotonika w rewolucji technologicznej XXI wieku

Infrastruktura komputera kwantowego oraz układy fotoniki scalonej pomogą m.in. w rozwijaniu polskiej myśli wojskowej. Zespoły ekspertów naszego Wydziału, pod kierownictwem prof. dr hab. inż. Krzysztofa Poźniaka i dr hab. inż. Ryszarda Piramidowicza, prof. uczelni, przedstawiły rezultaty dotychczasowych badań podczas największego wydarzenia dotyczącego optoelektroniki w Europie Środkowo-Wschodniej.

17-18 listopada br w Jachrance eksperci optyki, elektroniki i informatyki spotkali się na największym wydarzeniu w tej części Europy – VI Konferencji Optoelektronicznej pt. „Fotonika w wojskowej i cywilnej rewolucji technologicznej XXI wieku”. Wśród licznych prelegentów swoje wystąpienia mieli nasi przedstawiciele, którzy podsumowali dotychczasowe dokonania prac związanych z:

budową infrastruktury do pierwszego polskiego komputera kwantowego (konsorcjum projektu pod kierownictwem prof. dr hab. inż. Jana Szmidta, złożone z Lidera Politechniki Warszawskiej oraz WAT, WITU, Politechniki Śląskiej, Sonovero Sp. z o.o.),
• rozwojem technologii układów fotoniki scalonej (zespół pod kierownictwem dr hab. inż. Ryszarda Piramidowicza, prof. uczelni).

Przedstawione prace naukowców Politechniki Warszawskiej spotkały się z dużym zainteresowaniem zgromadzonych gości, wśród których byli przedstawiciele nauki, różnego rodzaju sił zbrojnych i biznesu.

Politechnika Warszawska buduje infrastrukturę 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 celu należy zapewnić niski poziomu 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 WEiTI PW„W naszych pracach wykorzystujemy 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. Wykorzystujemy je 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. Warunki techniczne do lokalizacji infrastruktury zapewnia Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CEZAMAT Politechniki Warszawskiej".

Politechnika Warszawska projektuje 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 PW 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. uczelni, z Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki WEiTI PW.