Stratosfæriske Kvante Datacentre: Den Næste Sky

Hvad hvis “cloud computing” bliver bogstavelig? Forskere undersøger implementering af avancerede computere i stratosfæren for at adressere et af de centrale problemer med kvantecomputing.

Hvis denne unikke metode til at løse problemet kan spare på køleomkostningerne og fuldstændigt ændre måden vi forstår og tænker på ‘cloud computing’.

The Growing Cost of Cooling Quantum Data Centers

Kvantecomputere er en type computer der udnytter kvantemekanik til at udføre komplekse beregninger meget hurtigere end klassiske computere.

I modsætning til klassiske computere, som lagrer og behandler data i bits (dvs. nul eller en), bruger kvantecomputere qubits, der kan eksistere i flere tilstande samtidigt – et fænomen kaldet superposition – og som også kan kobles sammen, et fænomen kaldet sammenfiltring. Disse egenskaber gør det muligt for kvantecomputere at udforske mange muligheder på én gang.

Med qubits som deres grundlæggende dateenhed kan kvantecomputere udføre avanceret parallel beregning og nyde en markant øget lagerkapacitet. Qubits er dog meget følsomme over for miljøstøj, såsom varme, vibrationer og elektromagnetisk interferens.

De er simpelt meget skrøbelige og skal derfor holdes ved ekstremt lave temperaturer for at forhindre fejl forårsaget af støj og sikre korrekt funktion.

De fleste kvantesystemer opererer faktisk ved temperaturer så lave som flere millikelvin til 10 K.

Så selvom kvante‑datacentre (QDC’er) har potentialet til at fuldføre en opgave dobbelt så hurtigt som en traditionel enhed, forbruger de ti gange mere energi på grund af brug af energikrævende kryogene kølesystemer.

Som følge heraf er der et behov for at undersøge QDC‑ernes termodynamiske aspekter for at reducere køleenergiforbruget i disse datacentre.

Nogle af de vigtigste køleteknikker, der anvendes i datacentre for kvantechips, omfatter laser‑køling, fortyndings‑refrigeration og pulstråle‑refrigeration, med avancerede teknologier såsom udnyttelse af den magnetokaloreffekt (et fænomen hvor magnetiske materialer varmes op, når et magnetisk felt påføres, og køles ned, når feltet fjernes) i supersolider, som også vinder frem.

En anden teknik involverer nedsænkning af kvantekredsløb i den sjældne kryogene væske Helium‑3, som bliver et superfluid ved ekstremt lave temperaturer og udviser unikke kvanteegenskaber.

Alligevel kræver opnåelse og vedligeholdelse af kryogene miljøer for qubits betydelige omkostninger og energi, hvilket udgør en stor barriere for adoption og skalering af kvantecomputing i denne hastigt voksende teknologi.

Dette kræver innovative ingeniørtilgange, der kan muliggøre høj‑ydeevne kvantecomputing.

En undersøgelse fra KAUST‑forskerne har gjort netop dette ved at foreslå udplacering af kvanteprocessorer på stratosfæriske høj‑højde‑platforme (HAP’er). Processorerne vil blive placeret på luftskibe, der flyver gennem stratosfæren på en højde omkring 20 kilometer (12,4 miles), hvor den omgivende temperatur er -50 °C (ca. -58 °F). 

Ved at udnytte disse naturligt kolde forhold sigter forskerne mod at reducere kølekravene for QDC’er betydeligt og muliggøre bæredygtig, høj‑ydeevne kvantecomputing.

Turning Airships Into Solar-Powered Cryogenic Data Centers

Det nye forslag fra forskere ved Saudi-Arabiens King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), publiceret i tidsskriftet npj Wireless Technology¹, beskriver en ny ramme for at implementere kvantecomputere i stratosfæren ved hjælp af luftskibe, eller blimps.

Det demonstrerer også, at deres unikke tilgang til grøn, fleksibelt deployerbar kvantecomputing i den øvre atmosfære tilbyder overlegen energieffektivitet. Desuden præsterer systemet bedre beregningsmæssigt end traditionelle jordbaserede datacentre.

“Ved at operere over skyerne og vejrssystemerne har luftskibet adgang til forudsigelig og uforstyrret solirradians.”

– Hovedforfatter, Basem Shihada fra KAUST

For at udnytte de kolde forhold i stratosfæren foreslår teamet Quantum Computing (QUBT ) ‑Enabled High Altitude Platforms (QC‑HAPs). Disse stratosfæriske luftskibe vil huse kvanteenheder indkapslet i kryostater for at opretholde den nødvendige kryogene temperatur. 

Ja, kryostater er stadig nødvendige for at opretholde kvantetilstande, men i så høj højde reducerer de naturligt lave omgivelsestemperaturer energiforbruget til kryogen køling drastisk. 
Swipe to scroll →

Derudover vil luftskibene blive udstyret med solpaneler, der omdanner sollys til elektrisk energi, samt lithium‑sulfur‑batterier for at sikre problemfri drift om natten og under forstyrrende vejr.

Ifølge papiret vil kosmiske stråler, højt‑energi partikler produceret af solen, have en ubetydelig indvirkning på pålideligheden af stratosfæriske kvantecomputingsystemer, hvilket bekræfter platformens stratosfæriske levedygtighed. 

QC‑HAP’erne placeret i himlen vil være forbundet med kvante‑datacentre på jorden.

Til dette vil HAP’er sende information kodet i lysbølger via fri‑rums‑optisk (FSO) kommunikation. For skyet vejr vil radiobølger fungere som backup.

For at forhindre signalforringelse og dekoherens, mens data rejser gennem atmosfæren, foreslår teamet at bruge mellemliggende, ballon‑bårne platforme i lavere højder som relæstationer.

Det store ved QC‑HAP’er er, at de kan flyttes, hvor de er nødvendige, enten i efterspørgsels‑hotspots eller fjerntliggende regioner. Denne fleksible udplacering udvider kvantecomputings dækning, lindrer beregningsflaskehalse og reducerer latenstid.

De kan også forbindes for at øge den samlede beregningskraft og danne “en dynamisk flåde, der kan levere on‑demand, skalerbare kvanteberegningstjenester verden over,” sagde studiets medforfatter, Wiem Abderrahim, der i øjeblikket er forsknings‑fellow ved University of Carthage i Tunesien.

Denne skalerbare multi‑HAP‑konstellationsarkitektur kan overvinde individuelle energibegrænsninger og forbedre beregningsfordele.

Ifølge forskernes beregninger kunne deres sol‑drevne løsning reducere kølebehovet med 21 % sammenlignet med tilsvarende kvante‑computing‑centre på jorden.

Forskerne anvendte tilgangen på to førende former for kvantecomputing for deres modenhed, stabilitet, skalerbarhed og kohærens‑tid. Reduktionen i kølebehov varierer med qubit‑arkitektur, fordi hver type opererer ved en forskellig kryogen temperaturinterval.

Den ene tilgang bruger qubits baseret på fangede ioner, afkølet til omkring 4 K (ca. –269 °C). Denne fik de største fordele fra QC‑HAP‑konceptet. Den anden bruger superledende kredsløb, der fungerer ved temperaturer mellem 10 og 20 mK.

Deres analyse viser også, at disse kvante‑aktiverede HAP’er understøtter 30 % flere qubits end jordbaserede QDC’er, mens de opretholder lavere fejlrater, især når de udnytter avancerede hardware‑kapaciteter.

Udover qubits afhænger energibesparelserne opnået af det stratosfæriske kvantesystem også af datacentrets arkitektur, bemærkede studiet.

Selvom konceptet er kraftfuldt, er det stadig langt fra praktisk implementering og kræver betydelige fremskridt i kvante‑hardware, såsom robuste systemer til at identificere og korrigere fejl, især under transmission.

Der er også de unikke karakteristika ved stratosfærens miljø, såsom sæsonmæssige variationer i solirradians og vejrforhold, der påvirker indsamlet solenergi og dermed energieffektiviteten af den foreslåede platform, hvilket kræver omhyggelig overvejelse.

Studiets fokus for fremtidig forskning bør være på at analysere, hvordan miljøfaktorer påvirker kvantesystemer, og på udvikling af robuste designs til QC‑HAP’s virkelige udrulning. 

“Vores næste skridt er at gå fra det konceptuelle og analytiske stadium til mere implementerings‑fokuserede studier.”

– Studiets medforfatter, Osama Amin

Ser man fremad, forventer forskerne, at luftbårne kvante‑løsninger ikke vil erstatte, men eksistere ved siden af konventionelle jordbaserede datacentre i en hybrid cloud‑computing ramme.

The Global Race to Make Quantum Computers a Reality

Mens forskere udforsker himmel‑baserede kvanteplatforme, fortsætter store industrispillere med at udvikle den hardware, der er nødvendig for den kvante‑æra, som disse platforme eventuelt kan understøtte. 

IBM (IBM ), for eksempel, er blandt dem, der er dybt involveret i kvantecomputere, med håb om at levere Starling, en stor‑skala fejltolerant kvantecomputer, inden årtiet er omme.

For nylig annoncerede virksomheden udviklingen af nye kvante‑processeringsenheder (QPUs), som forventes at hjælpe dem med at opnå kvantefordel såvel som en fuldt fejltolerant kvantecomputer.

Med 120 qubits er IBM Quantum Nighthawk deres første nye processor der kan behandle 30 % flere komplekse kvanteberegninger end IBMs tidligere QPU (R2 Heron). Hver af disse qubits kan forbindes med de nærmeste fire naboer takket være tunable couplers. Denne ramme vil gøre det muligt for forskere at udforske problemer, der kræver 5.000 to‑qubit‑gate‑operationer, hvor IBM håber at have Nighthawks fremtidige versioner leverende op til 10.000 gate‑operationer inden udgangen af 2027.

IBM Loon er den anden mindre processor, som har 112 qubits og alle hardware‑elementer, der kræves for fuld fejltolerance for at adressere den høje fejlrate i qubits. Dette vil hjælpe teamet med at lære på forhånd af Kookaburra, endnu en proof‑of‑concept processor, som vil være den første modulært designede QPU til at lagre og behandle kodet information. Den forventes næste år.

Derudover delte IBM, at deres nye format for kvanteprocessor‑fremstilling på en 300 mm (12 tommer) wafer halverer den tid, der kræves for at bygge hver, mens den fysiske kompleksitet af chips øges 10‑fold.

Mens hardwaren accelererer, varierer tidslinjerne for mainstream‑kvante markant på tværs af brancheledere.

Kvantecomputere, ifølge Intels (INTC ) tidligere administrerende direktør, Pat Gelsinger, vil blive mainstream meget hurtigere, om cirka to år, og vil markere slutningen på GPU‑erne. Imens har Nvidia (NVDA ), en dominerende spiller på GPU‑markedet, sagt at det vil tage to årtier for kvante at blive mainstream.

“Vi bevæger os ind i det mest spændende årti eller to for teknologer,” sagde Gelsinger i et interview med FT. Han kaldte også kvantecomputing for “den hellige treenighed” i computing‑verdenen, sammen med klassisk og AI‑computing.

Men mens Gelsinger også mener, at et “kvante‑gennembrud” vil sprænge AI‑boblen, ser Googles Sundar Pichai det som den næste AI‑boom i sig selv.

CEO’en for verdens tredjestørste virksomhed målt på markedsværdi på $3,86 billioner sagde i et nyligt interview, at kvantecomputing hurtigt nærmer sig et gennembrudsmoment, der ligner det, AI oplevede for et par år siden.

“Jeg vil sige, at kvante er der, hvor AI var for fem år siden. Så jeg tror, at om fem år vil vi gå igennem en meget spændende fase i kvante.”

– Pichai

Og Google positionerer sig aggressivt for dette skift. Ifølge Pichai:

“Vi har de mest avancerede kvante‑computing‑indsatser i verden… at bygge kvantesystemer, tror jeg, vil hjælpe os med bedre at simulere og forstå naturen og låse mange fordele op for samfundet.”

Som bekræftelse på denne udvikling rapporterede forskere fra Google Quantum AI i sidste måned om implementeringen af en surface‑code² ved brug af tre forskellige dynamiske kredsløb. Dette åbner nye muligheder for den virkelige anvendelse af den velkendte Quantum Error Correction (QEC)‑teknik og kan også hjælpe med at udvikle mere pålidelige kvantecomputere.

QEC er vejen til at få disse computere til at fungere pålideligt. Det er også essentielt i opbygningen af fejltolerante kvantecomputere, men “implementering af QEC er en betydelig udfordring, fordi de fejl‑detekterende og korrigerende kredsløb er komplekse og kræver ekstremt præcise operationer,” sagde medforfatter Matt McEwen.

Den pågældende surface‑code fungerer ved at organisere qubits på et 2D‑gitter og derefter gentagne gange tjekke for fejl.

Tidligere arbejdede McEwen på et teoretisk forslag, der viste, at der er flere måder at implementere den på, især ved at demonstrere gennemførligheden af tre forskellige dynamiske surface‑code‑implementeringer: hex, iSWAP og walking‑kredsløb.

På baggrund af dette gik teamet videre til at bevise, at de fungerer i eksperimenter under virkelige forhold. 

Ved testning fandt de, at iSWAP‑kredsløbene forbedrede fejlsuppressionen med 1,56‑fold, og walking‑kredsløbet med 1,69‑fold, mens hex‑kredsløbet opnåede 2,15‑fold.

“Den største konklusion fra vores arbejde er bekræftelsen af, at disse dynamiske kredsløbs‑implementeringer fungerer i virkeligheden.”

– McEwen

Gennembrud i qubit‑stabilitet accelererer også. Princeton‑ingeniører kunne for nylig forlænge qubit‑levetiden³ i deres seneste forskning, som delvist blev finansieret af Google Quantum AI.

Et stort skridt mod udviklingen af brugbare kvantecomputere var, at ingeniørerne skabte en superledende qubit, der forblev stabil i mere end 1 millisekund, hvilket er tre gange længere end de stærkeste eksisterende versioner.

“Den reelle udfordring, den ting der forhindrer os i at have brugbare kvantecomputere i dag, er, at du bygger en qubit, og informationen holder simpelthen ikke længe,” sagde medforfatter Andrew Houck, som er Princetons dekan for ingeniørvidenskab. “Dette er det næste store skridt fremad.”

For at bekræfte deres forbedring af qubit‑kohærens byggede forskerne en fungerende kvantechip ved hjælp af den nye arkitektur, som ligner de systemer, der er udviklet af Google og IBM (IBM ). 

Den anvendte transmon‑qubit‑variant bygger på superledende kredsløb, der opererer ved ekstremt kolde temperaturer og giver solid beskyttelse mod miljøstøj. De fungerer også godt med nutidens fremstillingsprocesser. At øge kohærens‑tiden for disse qubits er dog ekstremt vanskeligt.

Derfor redesignede Princeton‑teamet qubiten ved at bruge det ekstra robuste tantalum for at forhindre energitabet og bredt tilgængeligt højkvalitets‑silicium som substrat. Denne tantalum‑silicium‑chip er ikke kun lettere at masseproducere, men også bedre end nuværende designs.

Kombinationen af disse to, sammen med forfining af fremstillingsteknikker, førte teamet til at opnå en af de mest betydningsfulde forbedringer i transmon‑historien. En hypotetisk 1.000‑qubit‑computer kan arbejde cirka en milliard gange bedre, hvis branchens nuværende bedste design udskiftes med Princetons design på grund af dens eksponentielle skaleringsfordele, sagde Houck.

Théau Peronnin, administrerende direktør for Alice & Bob, et firma der udvikler et fejltolerant kvantecomputingsystem med Nvidia (NVDA ), sagde for nylig, at selvom kvanteteknologi endnu ikke er avanceret nok til at true nuværende kryptografiske systemer, kan den blive kraftig nok til at knække dem et par år efter 2030.

Dette udgør en trussel ikke kun mod Bitcoin (BTC ) og kryptovalutaer, men også mod al bank‑kryptering. Han fortalte Fortune i et interview:

“Løftet om kvantecomputing er en eksponentiel hastighedsforøgelse, men hvis du zoomer ud på en eksponentiel [kurve], er den flad – og så er den en lodret væg. Så vi er kun i begyndelsen af inflektionspunktet. Nu er den ikke mere kraftfuld end din smartphone i øjeblikket. Men giv den et par år, så vil den være mere kraftfuld end den største supercomputer nogensinde.”

Virksomheder arbejder dog på løsninger, mens forskere udvider rækkevidden af kvantenetværk. I sidste måned øgede forskere fra University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) rækkevidden af kvanteforbindelser³ fra kun få kilometer til 2.000 km.

“For første gang er teknologien til at bygge et globalt kvante‑internet inden for rækkevidde.”

– Assisterende professor Tian Zhong

I deres undersøgelse øgede teamet kohærens‑tiden for individuelle erbium‑atomer fra 0,1 millisekund til over 10 millisekunder, og i et tilfælde nåede de endda 24 millisekunder.

Innovationen her bestod i at bygge krystaller, der er kritiske for at skabe kvante‑sammenfiltring på en anden måde. Til dette udnyttede de molekyl‑beam epitaxi (MBE), som er ligesom 3D‑print. “Vi starter med ingenting og samler så denne enhed atom for atom,” tilføjede han, “kvaliteten eller renheden af dette materiale er så høj, at kvante‑kohærens‑egenskaberne for disse atomer bliver fremragende.”

Investing in Quantum Tech

IonQ, Inc. (IONQ ) er et rent kvante‑firma, der bygger og kommercialiserer kvantecomputere med fokus på fangede‑ion‑qubits. Virksomheden tilbyder kvante‑hardware via store cloud‑platforme. Gør kvantecomputing mere tilgængelig og positionerer sig godt for kommerciel adoption, efterhånden som kvante bevæger sig mod real‑world brug. 

IonQs aktieperformance afspejler dette, med aktier der i øjeblikket handles til $48,10, ned 21 % den seneste måned men op over 18 % år‑til‑dato og 67,56 % de sidste tre år. Den har en EPS (TTM) på -5,35 og en P/E (TTM) på -9,21.

Med hensyn til virksomhedens finansielle styrke rapporterede den en omsætning på $39,9 millioner for Q3 2025, en stigning på 222 % YoY. Det netto‑tab var $1,1 billion, mens GAAP‑EPS var ($3,58) og justeret EPS var ($0,17).

IonQ havde $1,5 billion i kontanter, kontantekvivalenter og investeringer ved kvartalets slutning. 

“Vi leverede vores 2025‑tekniske milepæl #AQ 64 tre måneder tidligt, hvilket låser 36 kvadrillioner gange mere beregningsrum op end førende kommercielle superledende systemer. Vi opnåede en virkelig historisk milepæl ved at demonstrere verdensrekord på 99,99 % to‑qubit‑gate‑ydelse, hvilket understreger vores vej mod 2 millioner qubits og 80.000 logiske qubits i 2030.”

– CEO Niccolò de Masi

I dette kvartal gennemførte IonQ også opkøbet af Oxford Ionics og Vector Atomic og blev tildelt en ny kontrakt med Oak Ridge National Laboratory for at udvikle accelererede kvante‑klassiske arbejdsgange og avancerede energiapplikationer.

Klik her for en liste over de fem bedste kvante‑computing‑virksomheder.

Latest IonQ, Inc. (IONQ) Stock News

Conclusion: When ‘the Cloud’ Becomes Quantum

Kvantecomputing gennemgår en hurtig evolution fra en ren laboratoriekuriositet til et globalt teknologiræs, hvor industrigiganter som IBM, Google og Nvidia presser hardware‑kapaciteter til hidtil usete niveauer. Samtidig løser gennembrud i qubit‑kohærens, kvante‑fejlkorrigering og lang‑distance‑sammenfiltring gradvist de langvarige udfordringer i feltet.

Midt i dette arbejder KAUST’s forslag på at gøre “cloud computing” til en håndgribelig realitet, drevet af naturlige kryogene temperaturer og vedvarende sollys. 

Disse fremskridt viser, at vi nærmer os et historisk inflektionspunkt. Inden for det næste årti er det en meget reel mulighed, at kvantecomputing endelig bevæger sig fra teori til praktisk anvendelse, omformer kryptering, videnskab og til sidst måske endda meningen med “the cloud” selv.

Klik her for en liste over top‑cloud‑computing‑aktier.

References

1. Abderrahim W., Amin O., & Shihada B. Green quantum computing in the sky. npj Wireless Technology 1, Article 5 (2025). https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch, M. McEwen, V. Sivak, A. Bourassa, J. Atalaya, J. Claes, D. Kafri, C. Gidney, C. Warren, J. Gross, A. Opremcak, N. Zobrist, K. C. Miao, G. Roberts, K. J. Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, W. P. Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, T. I. Andersen, M. Ansmann, F. Arute, …, A. Morvan et al. Demonstration of dynamic surface codes. Nature Physics, 2025, Article published 17 oktober 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, R. J., & Zhong, T. (2025). Dual epitaxial telecom spin‑photon interfaces with long‑lived coherence. Nature Communications, 16, 9814. https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6