Er det muligt at kæde kvantecomputere sammen? Forskere har et svar

Opskalering af kvantecomputing

Kvantecomputere forventes en dag at blive en central teknologi til avancerede beregninger inden for bioteknologi, materialevidenskab, finans, kryptografi og andre komplekse systemer, som siliciumbaserede computere har svært ved at håndtere.

To forhold har dog hidtil begrænset kvantecomputeres udbredelse.

Det første er, at fejlraten stiger, jo flere qubits systemet har, fordi enhver ustabilitet kan udløse en dominoeffekt.

Det problem kan snart høre fortiden til takket være Google (GOOGL ) og Willow-chippen, hvor fejlraten falder, når der tilføjes flere qubits.

Det andet problem er, at der sandsynligvis er en grænse for, hvor stor en enkelt kvantecomputer kan blive, ligesom en siliciumchip kun kan blive så kraftig, før strømforsyning, overophedning og andre problemer opstår.

Dette kan også være på vej til at blive løst af forskere ved Oxford University. De skabte et distribueret kvantecomputernetværk, der minder om servere med siliciumbaserede chips og kan bane vej for kvantesupercomputere.

Forskerne offentliggjorde resultaterne i det ansete tidsskrift Nature under titlen “Distribueret kvantecomputing over en optisk netværksforbindelse”¹.

Forbindelse af kvantecomputere

Kvantecomputere fungerer i dag som isolerede enheder med nogle få hundrede eller i de mest avancerede tilfælde måske tusind qubits.

Det er ekstremt kompliceret at gøre dem større. Jo større systemet bliver, desto lettere kan ustabilitet og forstyrrelser fra omgivelserne ødelægge de kvanteeffekter, computeren bygger på.

At the same time, useful computation will likely require millions of qubits, putting the industry into a potential dead end. At least, as long as quantum computers cannot be connected to each other.

Det er lettere sagt end gjort, fordi kvantecomputere er meget anderledes end siliciumchips. I traditionelle computere er 0 og 1 elektriske signaler, der relativt let kan overføres til en anden maskine.

For kvantecomputere er det selve qubitternes kvantetilstand, der skal overføres. Disse tilstande er svære at holde stabile uden for meget særlige forhold, normalt ved ultralave temperaturer kun få grader over det absolutte nulpunkt.

Udnyttelse af kvanteteleportation

Tidligere kvanteteleportationsforsøg

I januar 2025 rapporterede vi de første tegn på, at kvanteteleportation i optisk fiber var mulig. Det så endda ud til at kunne overføres i almindelige fibernet sammen med normale datastrømme.

Selv om kvanteteleportation lyder som et fantasifuldt begreb fra en science fiction-film, er det et virkeligt fænomen, som er blevet undersøgt i årtier.

Det sker, når to forskellige partikler forbindes gennem det, der kaldes kvantesammenfiltring.

Når to partikler er forbundet, kan de udveksle information uanset afstanden uden fysisk at transportere den. I nogle tilfælde kan informationsudvekslingen muligvis ske hurtigere end lyset, hvilket teoretisk er umuligt.

Dette var et vigtigt første skridt, fordi det viste, at almindelige kabler kan overføre kvanteteleportation mellem kvantecomputere uden helt ny teknologi.

But it was not yet a direct connection between 2 quantum computers.

Forbindelse af qubits

Oxford-forskerne tog det næste skridt. De brugte optiske fibre til at forbinde qubits og sammenfiltre dem ved hjælp af fotoner, altså lyspartikler.

Kilde: Nature

I laboratorieforsøget stod modulerne cirka to meter fra hinanden og havde hver deres netværks- og kredsløbsqubits. Længere afstande bør også være mulige.

“Ved nøje at tilpasse disse interaktioner kan vi udføre logiske kvanteporte — kvanteberegningens grundlæggende operationer — mellem qubits i separate kvantecomputere.

Gennembruddet gør det muligt effektivt at forbinde forskellige kvanteprocessorer til én fuldt sammenkoblet kvantecomputer.”

Dougal Main – Ph.d.-studerende i ion-fælde kvantecomputing forskningsgruppe ved Oxford

Kilde: Nature

Forsøget brugte moduler med indfangede ioner. Sådanne kvantecomputere har normalt langt færre qubits, men væsentligt højere pålidelighed og effektivitet. Et tilsvarende antal qubits kan give 100–1.000 gange mere pålidelige resultater end andre metoder.

Kilde: Quantinuum

Høj effektivitet

Sammenfiltringen mellem de netværksforbundne qubits opnåede en fidelitet på 86%.

Ved kørsel af Grovers søgealgoritme, en nyttig benchmark hvor kvantecomputere klart overgår almindelige computere, var succesraten 71%.

Grovers søgealgoritme finder et bestemt element i et stort, ustruktureret datasæt meget hurtigere end en almindelig computer ved at bruge superposition og sammenfiltring til at undersøge mange muligheder parallelt.

Det er bemærkelsesværdigt højt, især fordi det var den første præstation nogensinde, før metoden var blevet optimeret eller forbedret.

Indvirkning af denne opdagelse

Kvantesupercomputere?

Det åbner for en helt ny måde at bygge kvantecomputere på, svarende til supercomputere der består af separate delsystemer, som udveksler beregninger med hinanden.

Et sådant system ville også være meget modulært i stedet for at kræve en stadig mere kompliceret, massiv central kvantecomputer.

Ved at forbinde modulerne med fotoniske links får systemet værdifuld fleksibilitet, så moduler kan opgraderes eller udskiftes uden at forstyrre hele arkitekturen.

Dougal Main – Ph.d.-studerende i ion-fælde kvantecomputing forskningsgruppe ved Oxford

Kilde: Nature

Genopblussen af ion-fælde teknologi

Hidtil har teknologien med indfangede ioner været den mest pålidelige og tættest på praktisk anvendelse, men den har været begrænset af vanskeligheden ved at tilføje flere qubits. Derfor har systemer med superledende qubits været forventet at blive kvantecomputerens endelige form.

Hvis teknologien med indfangede ioner kan overvinde grænsen gennem bedre netværk, behøver det ikke længere være tilfældet. Virksomheder med speciale på området ville dermed blive langt mere interessante for investorer.

Ion-fælde kvantecomputing virksomhed

IonQ

IonQ er en kvantecomputervirksomhed, der bruger indfangede ioner og blev grundlagt af pionerer fra University of Maryland og Duke University. Den blev børsnoteret på NYSE i 2021.

IonQ’s platforme kan levere resultater med 99,9% fidelitet. Virksomheden bruger i øjeblikket en kæde med 64 bariumioner, som giver 36 algoritmiske qubits (AQ). Kædestrukturen muliggør langt hurtigere beregninger end andre løsninger med indfangede ioner uden tab af fidelitet.

Kilde: IonQ

IonQ købte Qubitekk i januar 2025 og føjede dermed virksomhedens team og 118 patenter til sine aktiviteter. Qubitekk er specialiseret i kvantenetværk og bruger fotoniske forbindelser til at muliggøre kvanteklynger og udvikle kvanteinternettet.

Kvantenetværk bør muliggøre meget sikker kommunikation og i sidste ende distribueret kvantecomputing. Feltets hurtige udvikling betyder, at ekspertise og immaterielle rettigheder kan blive afgørende for IonQ’s fremtid.

IonQ udvikler også et partnerskab med NKT Photonics (NKT.CO) om fremtidige kvantecomputere til datacentre.

Virksomheden samarbejder også med Imec om fotoniske integrerede kredsløb og ionfælder i chipformat for at skalere antal qubits, systemstørrelse og omkostninger.

I stedet for at udvikle sit eget SDK understøtter virksomheden alle de store udviklingspakker og samarbejder med mange førende virksomheder om nye kvanteapplikationer.

Kilde: IonQ

IonQ er det nærmeste, investorer kommer en ren kvantecomputeraktie, hvis de ikke er interesserede i hovedaktiviteterne hos andre ledere som Google, Intel (INTC ), IBM eller Honeywell.

Sammen med konkurrenten Quantinuum, der er en del af Honeywell (HON ), er IonQ derfor blandt de virksomheder, der er tættest på kommercielle kvantecomputere, med fokus på høj fidelitet og systemer med færre, indfangede ion-qubits.

Den tidlige succes har hjulpet IonQ med at opbygge et stærkt netværk af partnerskaber med andre kvanteinnovatorer og fortsætte udviklingen af teknologien, senest med fornyet fokus på netværksforbundne kvantecomputere.

Studierreferencer:

^{1. Main, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P., et al.(2025) Distribueret kvantecomputing over en optisk netværksforbindelse. Nature 638, 383–388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x}