ENGINEERINGNET.BE - De computationele technieken van de huidige computers bereiken hun grenzen. Om over deze grenzen heen te stappen, zijn innovatieve technologieën nodig.
Het EU-project Quondensate gaat deze uitdaging aan door een proof-of-concept van een nieuw idee te realiseren: Quantum Reservoir Computing (QRC), geïmplementeerd met een netwerk van defecten in 2D kwantummaterialen.
Reservoir computing (RC) is een specifieke vorm van machine learning, en QRC verwijst naar RC met behulp van systemen die gebruik maken van kwantumeigenschappen, zoals superpositie en verstrengeling. De proof-of-concept maakt uiteindelijk de ontwikkeling van een prototype kwantumcomputer mogelijk.
Quondensate wil tot een proof-of-concept van QRC komen met behulp van defecten in kwantummaterialen. De onderzoekers gaan kwantumneurale netwerken ontwerpen uit puntdefecten in 2D-materialen.
Defecten in de structuur van het materiaal, zoals een ontbrekend atoom, kunnen kunstmatig worden aangebracht en beïnvloeden de eigenschappen van het materiaal. In het project is een belangrijke rol weggelegd voor Zeila Zanolli en haar groep Quantum Materials by Design van de Nederlandse Universiteit Utrecht.
De groep gaat berekenen welke defecten gecreëerd moeten worden, zodat het materiaal eigenschappen krijgt die optimaal zijn voor toepassing in computers. Ze werken hiervoor met een speciale klasse van gelaagde 2D-materialen: ultradunne overgangsmetalen genaamd dichalcogenides (TMD’s).
Zanolli is vooral geïnteresseerd in hoe de eigenschappen van het materiaal veranderen door de interactie tussen verschillende defecten in TMD's. Ook is ze benieuwd naar de spectroscopische signaturen van excitonen die gebonden zijn aan afzonderlijke defecten en netwerken van defecten.
Excitonen zijn de combinatie van een elektron en de positieve lading die het kan achterlaten. De twee deeltjes worden door elektrostatische interactie tot elkaar aangetrokken, zodat excitonen kunnen worden beschouwd als quasideeltjes, beschreven door de wetten van de kwantummechanica. Het gecontroleerd genereren van een netwerk van defecten en de bijbehorende excitonen maakt het materiaal geschikt voor toepassing in computers.
Dit project brengt theoretische en experimentele experts samen om een proof-of-concept van QRC te realiseren. Zanolli: "Dit zal resulteren in de verlegging van de grenzen van de huidige computationele technieken en de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van nieuwe kwantumtechnologieën."
De European Innovation Council steunt het project met een beurs. Projectleider is Politecnico di Milano. Andere partners zijn: University’ degli studio di Milano-Bicocca, Fondazione istituto Italinano di tecnologica, Uniwersytet Warszawski, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, Institut national de la recherche scientifique en Quandela.
