Lysbure kunne løse kvantecomputerens hukommelsesproblem

Flaskehalsen: Hvorfor kvantecomputere har brug for ny hukommelse

For at en kvantecomputer kan begynde at blive brugt, om ikke rutinemæssigt, så i det mindste pålideligt, skal den replikere de fleste af de funktioner, der udføres af siliciumhalvledere, med kvantekompatible komponenter: ikke kun beregning (processor/chips), men også netværk og hukommelse.

Netværksudviklingen skrider frem. Vi har set udgivelsen af ​​QNodeOS, et operativsystem dedikeret til kvantenetværk, langs med masseproducerbare fotoniske chips, erbium nanofotoniske forstærkereog kvanteteleportation ved hjælp af traditionelle optiske fibernetværk.

Men hukommelsen har været mere undvigende, selvom lydbølger kan give en slags hybridløsning til spørgsmålet om stabilitet.

Denne vanskelighed opstår, fordi qubits er ekstremt ustabile, kræver superledende materialer, total isolation fra miljømæssige interferenser og ultrakulde temperaturer.

Netværk kan delvist afhjælpe manglen på hukommelse ved at videresende information til andre fysiske qubits i en klynge, men denne mulighed kan kun række et vist stykke. På et tidspunkt vil komplekse beregninger kræve et langvarigt (efter kvantestandarder) hukommelsessystem, der er i stand til at gemme kvantedata pålideligt.

Det er præcis, hvad forskere i Tyskland ved Humboldt-Universität zu Berlin, Stuttgart Universitet og Leibniz Institut für Fotonikteknologi ser ud til at have opnået.

De skabte et nanoskopisk "lysbur", der er i stand til at opbevare kvantedata i en hidtil uset tidsperiode. De offentliggjorde deres resultater i det videnskabelige tidsskrift Light: Science & Applications.¹, under titlen "Lyslagring i lysbure: en skalerbar platform til multipleksede kvantehukommelser".

Hvad er nanoskopiske "lysbure"?

Kvantehukommelse refererer til komponenter, der er i stand til at lagre og bevare intakt kvanteinformation (qubits).

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

Dette kræver tre på hinanden følgende trin:

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

Sådan fungerer 3D-printede lysbure

Fundamentet for de tyske forskeres arbejde er "lysburet". Disse nanoskopiske strukturer er designet til at holde på lys uden at det mister sine kvanteegenskaber.

Kilde: Lys

I dette specifikke tilfælde brugte de hulkernede bølgeledere fyldt med en atomdamp af cæsiumatomer.

Selve strukturerne blev bygget ved hjælp af nanoprintteknologi, specifikt to-fotonpolymerisationslitografi med kommercielle 3D-printsystemer.

For at sikre langsigtet stabilitet i det reaktive cæsiummiljø er strukturerne belagt med et beskyttende lag, der udviser bemærkelsesværdig holdbarhed uden observeret forringelse, selv efter fem års drift.

Kilde: Lys

Fordele i forhold til traditionel kvantehukommelse

Dette design tilbyder unikke fordele sammenlignet med tidligere forsøg.

For det første muliggør disse nanoprintede strukturer hurtig diffusion af cæsiumatomer. Dette reducerer den tid, det tager at fylde kernen med atomdamp, fra måneder til blot dage, samtidig med at den fremragende optiske feltindeslutning opretholdes.

For det andet giver designet unik sideværts adgang til kerneområderne, hvilket letter hentning af kvantedata, når det er nødvendigt.

"Vi har skabt en styrestruktur, der muliggør 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 til intra-chip fremstilling af bølgelederne, men også inter-chip, til produktion af flere chips med samme ydeevne.”

Denne skalerbarhed gør det langt nemmere at nå et industrielt og kommercielt stadie. Det muliggør flere lysbure på den samme chip, hvilket øger den potentielle samlede hukommelse for en kvanteprocessor. Variationer inden for en enkelt chip blev holdt under 2 nanometer, mens forskellene mellem chips forblev under 15 nanometer.

Fordi lagringsydelsen mellem forskellige lysbure er minimal og ensartet, skaber designet pålidelige forventninger til ingeniører.

Stryg for at scrolle →

Et andet massivt skift i forhold til de fleste kvantecomputerteknologier er, at let burhukommelse fungerer lidt over stuetemperatur og ikke kræver kryogen køling. Dette gør den ikke kun mere pålidelig, men også betydeligt mere økonomisk.

Hvor længe kan lysbure opbevare data?

Lysburene muliggør en yderst effektiv omdannelse af guidede lyspulser til kollektive atomare excitationer. En optisk kontrollaser kan derefter frigive lyset efter behov og hente dataene til yderligere kvanteberegninger.

Forskerholdet lagrede med succes dæmpede lyspulser, der kun indeholdt nogle få fotoner, i varigheder på flere hundrede nanosekunder.

Kilde: Lys

Selvom denne tidsskala kan virke kort, repræsenterer den i kvantenetværk og fotonisk hukommelse en usædvanlig lang og stabil lagringsvarighed, især for systemer, der er kompatible med stuetemperatur.

Skalering af kvantenetværk med optisk hukommelse

Mens netværk indtil videre 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 øger kvantenetværkets pålidelighed og rækkevidde betydeligt. Dette er et stort skridt i retning af at forbinde flere kvantechips i én supercomputer, samt at forbinde fysisk adskilte kvantecomputere.

Konklusion

Kvanteberegninger har gjort enorme fremskridt i de seneste par år, med udvikling af netværk og større, skalerbare kvantechips. Det manglende led i en fuldgyldig kvantecomputer eller et storskala kvantenetværk var pålidelige hukommelseskomponenter.

Udnyttelsen af ​​disse forbedrede lysbure kan være præcis nøglen til at accelerere udviklingen af ​​kvantecomputere takket være dens billige og pålidelige fremstillingsproces.

Det næste skridt vil sandsynligvis være praktisk afprøvning med eksisterende kvantechips og optimering af fremstillingsprocessen for at integrere den i standardpraksis på et halvlederstøberi.

Investering i kvantecomputere

Honeywell / Quantinuum (HON)

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

Honeywell forbliver virksomhedens majoritetsaktionær (sandsynligvis 52% ejerskab) efter en fundraising-runde, der vurderede det til $10 miaGrundlægger Ilyas Khan angiveligt ejer cirka 20% af virksomheden. Andre aktionærer inkluderer JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM og JP Morgan.

En potentiel børsnotering af Quantinuum, potentielt som en del af en større virksomhedsomstrukturering, Analytikere anslår, at det er værd så meget som 20 milliarder dollars og kan forekomme mellem 2026 og 2027.

Kvanteberegning er ikke den centrale del af Honeywells forretning, som er mere centreret omkring produkter inden for luftfart, automation samt specialkemikalier og -materialer.

Hvert af disse domæner kan dog drage fordel af kvanteberegning, især beregningskemi og kvantecybersikkerhed, hvilket potentielt giver Honeywell en fordel i forhold til sine konkurrenter.

Virksomhedens primære model for nuværende er Helios, efterfølgeren til H2, og den "mest præcise kvantecomputer i verden"Den har rekordstore 98 fuldt forbundne fysiske qubits med en gate-fidelitet på 99.9975 % for én qubit og en gate-fidelitet på 99.921 % for to qubits på tværs af alle qubit-par.

Vi udnyttede også Helios til at udføre storskalasimuleringer i høj temperatur superledningsevne og kvantemagnetisme – begge med klare veje til virkelige industrielle anvendelser.

Virksomheden har forfulgt databehandling af høj kvalitet med meget få fejl i stedet for blot at tilføje så mange qubits som muligt, hvilket skaber såkaldt "fejltolerant kvanteberegning".

Denne tilgang er af virksomheden betegnet som "Bedre qubits, bedre resultater", hvor et lignende antal qubits opnår 100-1,000 gange mere pålidelige resultater.

Kilde: Kvantinuum

Dette kunne gøre en mærkbar forskel i den presserende nødvendige kvanteresistente kryptografi. Forsvarsvirksomheden Thales (HO.PA -0.96%) er samarbejder allerede med Quantinuum, som er internationale banker som HSBC og JP Morgan.

Quantinuum tilbyder også sin proprietære kvanteberegningskemi InQuanto, anvendelig til lægemidler, materialevidenskab, kemikalier, energi og rumfartsapplikationer.

Ligesom mange andre quantum computing virksomheder, Quantinuum tilbyder Helios som "hardware-as-a-service", hvilket giver brugerne mulighed for at drage fordel af kvanteberegning uden at skulle beskæftige sig med kompleksiteten ved selv at betjene systemet.

Quantinuum underskrev i november 2024 et partnerskab med tyske Infineon, Europas største halvlederproducent. Infineon vil bringe sin integrerede fotonik og kontrolelektronik teknologi til at hjælpe med at skabe den næste generation af fangede-ion kvantecomputere.

Efterhånden som integreret fotonik nærmer sig praktiske anvendelsesscenarier, står det nu klart, hvor vigtigt dette partnerskab kan være for Quantinuums fremtid. På nuværende tidspunkt ser det ud til, at virksomhedens næste skridt bliver at lancere verdens første AI-fokuserede fotonik-kvantechip.

I de kommende måneder vil Quantinuum dele resultater fra igangværende samarbejder og fremvise det banebrydende potentiale for kvantedrevne fremskridt inden for generativ kunstig intelligens.

Den innovative Gen QAI-funktion vil forbedre og accelerere brugen af ​​metalliske organiske rammeværk til lægemiddelafgivelse og bane vejen for mere effektive og personlige behandlingsmuligheder. Detaljerne vil blive afsløret ved lanceringen af ​​Helios.

Quantinuum annoncerer generativt gennembrud inden for kvante-AI med massivt kommercielt potentiale

Flere løbende anvendelsesscenarier kan øge virksomhedens fremtidige værdi kraftigt og dermed Honeywells ejerandel i den.

Generativ kvante-AI: Frigørelse af 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 virksomheden.)

Seneste nyheder og udviklinger om Honeywell (HON)-aktien

Undersøgelse refereret

^{1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Lyslagring i lysbure: en skalerbar platform til multipleksede kvantehukommelser. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5}