Computing
Skalering af kvantecomputere med enkelt‑atom‑qubits
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Enkelt‑atom‑qubits: En ny æra for kvantecomputing
Quantum computers are extraordinarily complex machines, exploiting minute variations in the behaviors of individual atoms for computation. As such, they both make use of and reveal new insights into the very nature of the universe at the atomic and individual particle scale.
Sådanne indsigter vil sandsynligvis være nødvendige for at bygge kvantecomputere i stor skala, da jo mere komplekst systemet er, jo sværere er det at bygge det stort nok til praktisk brug.
Forskere ved University of Sydney i Australien har for nylig formået at indkode flere kvanteberegningsdata i et enkelt atom, hvilket potentielt kan revolutionere den fysiske størrelse af kvantecomputing‑qubits (det kvanteækvivalente til de “normale” computer‑bits).
De published their results in the prestigious scientific journal Nature Physics1, under the title “Universelt kvante‑gate‑sæt for Gottesman–Kitaev–Preskill logiske qubits”.
Gør qubit pålidelig
Currently, qubits are produced either through a method called “trapped ion”, or by using ultra-cold superconducting materials.
Kilde: Forbes
Begge metoder har deres begrænsninger:
- De fangede ioner indeholder kun en håndfuld qubits, men er mere pålidelige og producerer færre fejl.
- De superledende materialer har flere qubits og forventes at være lettere at skalere op, men er mere fejlbehæftede.
I begge tilfælde påvirker fejlraten forholdet mellem fysiske og logiske qubits, dvs. antallet af fysiske qubits, der kræves for at skabe en funktionel qubit fra et beregningsperspektiv.
Efterhånden som antallet af brugbare (eller logiske) qubits vokser, vokser antallet af nødvendige fysiske qubits endnu mere. Når dette skaleres op, bliver det enorme antal qubits, der kræves for at skabe en brugbar kvantemaskine, til et ingeniørmareridt.
Så at gøre kvantecomputere mere fejlresistente er måske den vigtigste opgave for forskere på området lige nu, da det ville fjerne den største hindring for opbygning af brugbare store‑skala kvantecomputere.
Swipe for at rulle →
| Qubit‑type | Skalerbarhed | Fejlrate | Temperatur |
|---|---|---|---|
| Fanget ion | Lav (få qubits) | Lav | Rumtemperatur |
| Superledende | Høj | Høj | Næsten absolut nul |
| Enkelt‑atom (Sydney) | Potentielt høj | Korrigerbar med GKP | Rumtemperatur |
Formindskelse af qubits
The Australian researchers used a trapped ion (with a charged atom of ytterbium) quantum computing system, and a form of encoding data called the Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) code.
GKP er en type kode, som forventes at hjælpe med at korrigere fejl i kvantecomputere. Men at skabe en i praksis har indtil nu været svært.
Nøglen er at skabe en “logisk gate”, en informationsswitch, der gør det muligt for computere – både kvante og klassiske – at være programmerbare.
Ved at bruge en kvantekontrolsoftware udviklet af Q‑CTRL, et spin‑off startup fra Quantum Control Laboratory, kodede forskerne dataene ind i et enkelt atom i 3D.
I bund og grund gemmes to datasæt som vibrationerne af et enkelt atom, det ene sæt som vibration fra “venstre til højre”, og det andet som vibration fra “op og ned”.
“Effektivt gemmer vi to fejlkorrektable logiske qubits i et enkelt fanget ion og demonstrerer sammenfiltring mellem dem.
Vassili Matsos – PhD‑studerende ved School of Physics og Sydney Nano”
Bygning af en enkelt‑atom‑logisk gate
For at udføre dette kvantefysik‑trick brugte de et komplekst array af lasere ved rumtemperatur til at holde det enkelte atom i fælden, så dets naturlige vibrationer kunne kontrolleres og udnyttes til at producere de komplekse GKP‑koder.
Kilde: Nature Physics
“Rumtemperatur”-delen er meget vigtig, da den gør det i sig selv lettere og billigere at udføre end de superledende kvantecomputere, der kræver temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt og flydende helium.
“Vores eksperimenter har vist den første realisering af et universelt logisk gate‑sæt for GKP‑qubits.
Vi gjorde dette ved præcist at kontrollere de naturlige vibrationer, eller harmoniske oscillationer, af et fanget ion på en måde, så vi kan manipulere individuelle GKP‑qubits eller sammenfiltre dem som et par.”
Mod skalerbare kvantecomputere
Det er kombinationen af rumtemperaturkontrol, en enkelt‑atom‑logisk gate og fejlkodningsreduktion, der gør denne opdagelse så vigtig.
Sammen åbner dette vejen for en ny type fanget‑ion‑kvantecomputer, som kan være meget enklere at bygge og meget lettere at skalere op.
“Vores eksperimenter nåede en vigtig milepæl, der demonstrerer, at disse højkvalitets‑kvantekontroller giver et vigtigt værktøj til at manipulere mere end blot én logisk qubit.
Ved at demonstrere universelle kvante‑gates ved brug af disse qubits har vi et grundlag for at arbejde mod stor‑skala kvante‑informationsbehandling på en meget hardware‑effektiv måde.”
Parallelt er der for nylig gjort flere nye opdagelser, der viser potentialet for at forbinde kvantecomputere. Så hvis hver bliver mere kraftfuld, og kvantenetværk kommer tættere på at blive en realitet, kan dette hjælpe med at skabe en eksplosion i brugbar qubit‑kapacitet.
Kvantecomputere, der åbner ny fysik
Opskalerede kvantecomputere vil sandsynligvis revolutionere kryptografi og videnskabelig forskning takket være deres enorme kapacitet til at løse komplekse problemer, som er for svære for binære computere.
Men det kan også indirekte åbne en helt ny måde for fysikere at studere kvanteområdet på.
Dette fremgår af analyser udført på Googles kvantecomputere af forskere ved Princeton University, Cornell University, Purdue University, University of Nottingham (UK), Technical University of Munich (Tyskland) og Google Research, ifølge en ny publikation i Nature2, med titlen “Visualisering af dynamik af ladninger og strenge i (2 + 1)D gitter‑gauge‑teorier”.
Måling af gauge‑teori
Googles kvantecomputer gør det muligt for forskere at eksperimentere med og teste den såkaldte “Lattice Gauge Theory” (LGT), en type kvantefeltteori, der postulerer eksistensen af gauge‑felter (felter der formidler kræfter, som det elektromagnetiske felt) og gauge‑bosoner (de elementære partikler, der bærer disse kræfter).
Kilde: Nature
Holdet viste, hvordan partikler og de usynlige “strenge”, der forbinder dem, opfører sig, fluktuerer og endda brydes.
Kilde: Nature
Forskerne bekræftede i den undersøgelse, at disse “strenge” kunne måles og observeres i kvantecomputere.
“Ved at udnytte kraften i den kvanteprocessor studerede vi dynamikken i en specifik type gauge‑teori og observerede, hvordan partikler og de usynlige ‘strenge’, der forbinder dem, udvikler sig over tid.”
Ved at skabe meget kontrollerede situationer, hvor man kan observere kvanteeffekter, uden at kræve de meget høje energiniveauer fra partikelacceleratorer, bliver det klart, at kvantecomputere kan blive nøgleværktøjer i grundlæggende fysikforskning.
“Vores arbejde viser, hvordan kvantecomputere kan hjælpe os med at udforske de grundlæggende regler, der styrer vores univers.
Ved at simulere disse interaktioner i laboratoriet kan vi teste teorier på nye måder.”
Michael Knap, Professor of Collective Quantum Dynamics at the TUM School of Natural Sciences
Fremtiden for skalerbare kvantecomputere
Potentialet for kvantecomputere er endnu ikke fuldt forstået, da de løbende bliver genopfundet ud fra deres grundlæggende principper, på samme måde som de første computere gik fra stempelkort til vakuumrør og derefter silicium‑transistorer. Men tempoet i denne udvikling er meget hurtigere.
Det indebærer, at vi meget snart kan se betydelige fremskridt i fremstillingen af større, mere kraftfulde kvantecomputere, som også kan netværkes sammen for endnu større kapaciteter.
Dette kan åbne vejen ikke kun til meget højere beregningskapaciteter, men også til en helt ny forståelse af materie og kvantefysik, med for eksempel en helt ny tilstand af materie som den nyligt demonstrerede “topologiske tilstand” af Microsofts kvantecomputing‑teams (Majorana‑1 chip).
Investering i kvantecomputing
Honeywell / Quantinuum
HON Prisdiagram
Mens Googles kvantecomputer kan afsløre nye indsigter om kvantefysik‑teori, gør opdagelsen af en potentiel 1‑atom‑qubit ved brug af trapped‑ion‑teknologi denne metode meget tættere på kommerciel levedygtighed end superledende kvantecomputere.
Quantinuum er resultatet af fusionen mellem Honeywell Quantum Solutions og Cambridge Quantum.
Honeywell forbliver selskabets majoritetsaktionær (sandsynligvis 52 % ejerskab) efter en kapitalrundeløftning, der værdiansatte det til 5 milliarder USD. 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 i fremtiden, muligvis som en del af en større virksomhedsomstrukturering, anslås at kunne være så meget som 20 milliarder USD og kan finde sted mellem 2026 og 2027.
Kvantecomputing er ikke den centrale del af Honeywells forretning, som i stedet er fokuseret på produkter inden for luft- og rumfart, automatisering samt specialkemikalier og materialer.
Hvert af disse områder kan dog drage fordel af kvantecomputing, især beregningskemi og kvante‑cybersikkerhed, hvilket potentielt kan give Honeywell en fordel over sine konkurrenter.
Selskabets primære model lige nu er H2, en trapped‑ion‑chip med 56 qubits og en to‑qubit‑gate‑fidelitet på 99,895 %.
Selskabet har forfulgt høj‑kvalitets‑computing med meget få fejl, mere end blot at tilføje så mange qubits som muligt, og skaber en 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 kunne gøre en mærkbar forskel i den akut nødvendige kvante‑resistente kryptografi, med forsvarsselskabet Thales (HO.PA -0,96 %) allerede i samarbejde med Quantinuum samt de internationale banker HSBC og JP Morgan.
Quantinuum tilbyder også sin proprietære kvante‑beregningskemi InQuanto, som kan anvendes til farmaceutiske produkter, materialvidenskab, kemikalier, energi og luft‑ og rumfartsapplikationer.
Ligesom mange andre kvantecomputing‑virksomheder, tilbyder Quantinuum Helios, en “hardware‑as‑a‑service”, så brugerne kan drage fordel af kvantecomputing uden at skulle håndtere kompleksiteten ved at drive systemet selv.
Quantinuum indgik i november 2024 et partnerskab med den tyske Infineon, Europas største halvlederproducent. Infineon vil bidrage med sin integrerede fotonik og kontrol‑elektronik for at hjælpe med at skabe næste generation af trapped‑ion‑kvantecomputere.
Da 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‑kvante‑chip.
I de kommende måneder vil Quantinuum dele resultater fra igangværende samarbejder, som viser det banebrydende potentiale i kvante‑drevet udvikling inden for generativ AI.
Den innovative Gen QAI‑kapacitet vil forbedre og accelerere brugen af metalliske organiske rammer til lægemiddellevering, hvilket 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, samt den potentielle profit, investorer kan opnå.
(Du kan læse mere om resten af Honeywells industrielle aktiviteter inden for automatisering, luft‑ og rumfart og avancerede materialer i rapporten dedikeret til virksomheden).
Seneste nyheder og udviklinger om Honeywell (HON) aktien
Refererede studier
1. Matsos, V.G., Valahu, C.H., Millican, M.J. et al. Universelt kvante‑gate‑sæt for Gottesman–Kitaev–Preskill logiske qubits. Nature. Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, T.A., Jobst, B., Rosenberg, E. et al. Visualisering af dynamik af ladninger og strenge i (2 + 1)D gitter‑gauge‑teorier. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9
