Lysbur kan løse kvantecomputers hukommelsesproblem

Flaskehalsen: Hvorfor kvantecomputing har brug for ny hukommelse

For at en kvantecomputer kan begynde at blive brugt, om end ikke rutinemæssigt, men i det mindste pålideligt, skal den kunne reproducere med kvantekompatible komponenter de fleste af de funktioner, som siliciumsemiconductorer udfører: ikke kun beregning (processor/chips), men også netværk og hukommelse.

Netværk udvikler sig. Vi har set udgivelsen af QNodeOS, et operativsystem dedikeret til kvante-netværk, sammen med masseproducerbare fotoniske chips, erbium nanofotoniske forstærkere og kvante-teleportation ved brug af traditionelle optiske fibernetværk.

Men hukommelse har været mere undvigende, selvom lydbølger måske kan give en form for hybridløsning på stabilitetsproblemet.

Denne vanskelighed opstår fordi qubits er ekstremt ustabile, hvilket kræver superledende materialer, total isolation fra miljømæssig interferens og ultrakolde temperaturer.

Netværk kan delvist hjælpe med at afbøde manglen på hukommelse ved at videresende information til andre fysiske qubits i en klynge, men denne mulighed har sine grænser. På et tidspunkt vil komplekse beregninger kræve et langtidsholdbart (efter kvante-standarder) hukommelsessystem, der kan bevare kvantedata pålideligt.

Dette er præcis, hvad forskere i Tyskland ved Humboldt-Universität zu Berlin, University of Stuttgart og Leibniz Institute of Photonic Technology ser ud til at have opnået.

De skabte et nanoskopt “light cage”, der kan bevare kvantedata i en hidtil uset længde. De offentliggjorde deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Light: Science & Applications¹, under titlen “Lagring af lys i light cages: en skalerbar platform for multiplexede kvantehukommelser”.

Hvad er nanoskopt “Light Cages”?

Kvantehukommelse refererer til komponenter, der kan lagre og bevare intakt kvanteinformation (qubits).

I praksis fungerer dette som RAM: ikke til langtidslagring af data, men til at holde data tilgængelige for det næste trin i en beregningsproces.

Dette kræver tre på hinanden følgende trin:

1. Indfangning af den kvante tilstand.
2. Lagring af denne tilstand i et format, der er mere stabilt end flygtige qubits.
3. Hentning af dataene til videre behandling.

Hvordan 3D-printede Light Cages fungerer

Grundlaget for de tyske forskeres arbejde er “light cage”. Disse nanoskopt strukturer er designet til at fastholde lys uden at det mister sine kvanteegenskaber.

Kilde: Light

I dette specifikke tilfælde brugte de hulkerne bølgledere fyldt med en atomisk damp af cesiumatomer.

Strukturerne selv blev bygget ved hjælp af nanoprintningsteknologi, specifikt to-foton polymerisations-litografi med kommercielle 3D-printere.

For at sikre langtidsholdbarhed i det reaktive cesiummiljø er strukturerne belagt med et beskyttende lag, hvilket viser bemærkelsesværdig holdbarhed uden nogen nedbrydning selv efter fem års drift.

Kilde: Light

Fordele i forhold til traditionel kvantehukommelse

Dette design tilbyder unikke fordele sammenlignet med tidligere forsøg.

For det første tillader disse nanoprintede strukturer hurtig diffusion af cesiumatomer. Dette reducerer den tid, der kræves for at fylde kernen med atomisk damp fra måneder til blot dage, samtidig med at fremragende optisk feltindkapsling opretholdes.

For det andet tillader designet unik sideadgang til kerneområderne, hvilket letter hentning af kvantedata, når det er nødvendigt.

Vi skabte en vejledende struktur, der tillader hurtig diffusion af gasser og væsker inde i dens kerne, med den alsidighed og reproducerbarhed, som 3D-nanoprintningsprocessen giver.

Dette muliggør ægte skalerbarhed af denne platform, ikke kun for intra-chip fremstilling af bølgledere men også inter-chip, for at producere flere chips med samme ydeevne.

Denne skalerbarhed gør det meget lettere at nå et industrielt kommercielt stadium. Den tillader flere light cages på samme chip, hvilket øger den potentielle samlede hukommelse i en kvanteprocessor. Variationer inden for en enkelt chip holdt sig under 2 nanometer, mens forskelle mellem chips forblev under 15 nanometer.

Da lagringspræstationen mellem forskellige light cages er minimal og konsistent, giver designet pålidelige forventninger for ingeniører.

Swipe for at rulle →

En anden massiv forskydning sammenlignet med de fleste kvantecomputing-teknologier er, at light cage-hukommelse opererer let over stuetemperatur og ikke kræver kryogenisk køling. Dette gør den ikke kun mere pålidelig, men også betydeligt mere økonomisk.

Hvor længe kan Light Cages lagre data?

Light cages muliggør en yderst effektiv konvertering af guidede lysimpulser til kollektive atomare excitationer. En optisk kontrollaser kan derefter frigive lyset på efterspørgsel og hente dataene til yderligere kvanteberegninger.

Forskningsholdet lagrede med succes svækkede lysimpulser indeholdende kun få fotoner i flere hundrede nanosekunder.

Kilde: Light

Selvom denne tidsramme kan synes kort, repræsenterer den i kvante-netværk og fotonisk-hukommelses-termer en usædvanligt lang og stabil lagringstid, især for systemer kompatible med stuetemperatur.

Skalering af kvante-netværk med optisk hukommelse

Mens netværk indtil nu har hjulpet med at kompensere for manglen på hukommelse, kan pålidelig hukommelse omvendt hjælpe med at skabe mere komplekse netværk.

Ved at skabe pålidelig lagring kan kvantehukommelse fungere som repeater-noder, hvilket markant øger pålideligheden og rækkevidden af kvante-netværket. Dette er et stort skridt mod at netværke flere kvantechips i én supercomputer samt at forbinde fysisk fjerne kvantecomputere.

Konklusion

Kvantecomputing har gjort enorme fremskridt i de seneste år, med netværk og større, skalerbare kvantechips under udvikling. Det manglende led for en fuldt udbygget kvantecomputer eller et stor-skala kvante-netværk var pålidelige hukommelseskomponenter.

Udnyttelsen af disse forbedrede light cages kan præcis være nøglen til at accelerere udviklingen af kvantecomputing, takket være deres billige og pålidelige fremstillingsproces.

Det næste skridt vil sandsynligvis være praktisk testning med eksisterende kvantechips og optimering af fremstillingsprocessen for at integrere den i standardpraksis i en halvlederfond.

Investering i kvantecomputing

Honeywell / Quantinuum (HON)

Quantinuum er resultatet af fusionen mellem Honeywell Quantum Solutions og Cambridge Quantum.

Honeywell forbliver selskabets majoritetsaktionær (sandsynligvis 52% ejerskab) efter en kapitalrejsningsrunde, der værdiansatte den til $10 mia.. Grundlægger Ilyas Khan rapporteres at eje cirka 20% af selskabet. Andre aktionærer inkluderer JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM og JP Morgan.

En potentiel børsnotering af Quantinuum, muligvis som en del af en større virksomhedsomstrukturering, anslås af analytikere at kunne være så meget som $20 mia. og kan finde sted mellem 2026 og 2027.

Kvantecomputing er ikke den centrale del af Honeywells forretning, som i højere grad fokuserer på produkter inden for luftfart, automation og specialkemikalier & materialer.

Hvert af disse områder kan dog drage fordel af kvantecomputing, især beregningskemi og kvante-cybersikkerhed, hvilket potentielt kan give Honeywell en fordel i forhold til konkurrenterne.

Selskabets primære model for nu er Helios, efterfølgeren til H2, og den “mest nøjagtige kvantecomputer i verden”. Den har en rekordbrydende 98 fuldt forbundne fysiske qubits med enkelt-qubit gate-fidelitet på 99,9975% og to-qubit gate-fidelitet på 99,921% på tværs af alle qubit-par.

Vi udnyttede også Helios til at udføre stor-skala simuleringer inden for højtemperatur-superledning og kvante-magnetisme — begge med klare veje til virkelige industriapplikationer.

Selskabet har forfulgt højkvalitets computing med meget få fejl, i stedet for blot at tilføje så mange qubits som muligt, og skaber såkaldt “fejltolerant kvantecomputing”.

Denne tilgang betegnes af selskabet som “Bedre qubits, bedre resultater”, hvor et tilsvarende antal qubits opnår 100‑1.000 gange mere pålidelige resultater.

Kilde: Quantinuum

Dette kan gøre en mærkbar forskel i det presserende behov for kvante-resistent kryptografi. Forsvarsselskabet Thales (HO.PA -0,96%) samarbejder allerede med Quantinuum, ligesom internationale banker som HSBC og JP Morgan.

Quantinuum tilbyder også sin proprietære kvanteberegningskemi InQuanto, anvendelig til farmaceutik, materialvidenskab, kemikalier, energi og luftfartsapplikationer.

Ligesom mange andre kvantecomputing-virksomheder, tilbyder Quantinuum Helios som “hardware-as-a-service”, så brugerne kan drage fordel af kvantecomputing uden at skulle håndtere kompleksiteten ved selv at drive systemet.

Quantinuum indgik i november 2024 et partnerskab med den tyske Infineon, Europas største halvlederproducent. Infineon vil bidrage med sin integrerede fotonik og kontrol-elektronik teknologi for at hjælpe med at skabe næste generation af trapped-ion kvantecomputere.

Efterhånden som integreret fotonik nærmer sig praktiske anvendelser, er det nu klart, hvor vigtig dette partnerskab kan være for Quantinuums fremtid. På nuværende tidspunkt ser det ud til, at næste skridt for selskabet vil være at udgive verdens første AI-fokuserede fotonik‑kvantechip.

I de kommende måneder vil Quantinuum dele resultater fra igangværende samarbejder, som viser det banebrydende potentiale i kvante-drevne fremskridt inden for Generativ AI.

Den innovative Gen QAI-funktion vil forbedre og accelerere brugen af Metalliske Organiske Frameworks til lægemiddellevering, baner vejen for mere effektive og personlige behandlingsmuligheder, med detaljer der vil blive afsløret ved lanceringen af Helios.

Quantinuum Announces Generative Quantum AI Breakthrough with Massive Commercial Potential

Flere igangværende anvendelsestilfælde kan kraftigt øge selskabets fremtidige værdi, og dermed også Honeywells andel i det.

Generativ Kvante AI: Låser AI’s fulde potentiale

(Du kan læse mere om resten af Honeywells industrielle aktiviteter inden for automation, luftfart og avancerede materialer i rapporten dedikeret til selskabet.)

Seneste Honeywell (HON) aktienyheder og udviklinger

Studie refereret

^{1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Lagring af lys i light cages: en skalerbar platform for multiplexede kvantehukommelser. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5}