Πληροφορική
Τα φωτεινά κλουβιά θα μπορούσαν να λύσουν το πρόβλημα μνήμης της κβαντικής υπολογιστικής
Το Securities.io διατηρεί αυστηρά συντακτικά πρότυπα και ενδέχεται να λαμβάνει αποζημίωση από τους αναθεωρημένους συνδέσμους. Δεν είμαστε εγγεγραμμένοι επενδυτικοί σύμβουλοι και αυτό δεν αποτελεί επενδυτική συμβουλή. Δείτε το θυγατρική εταιρεία.
Το πρόβλημα: Γιατί η κβαντική υπολογιστική χρειάζεται νέα μνήμη
Για να αρχίσει να χρησιμοποιείται ένας κβαντικός υπολογιστής, αν όχι συστηματικά, τουλάχιστον αξιόπιστα, θα πρέπει να αναπαράγει με κβαντικά συμβατά εξαρτήματα τις περισσότερες από τις λειτουργίες που εκτελούνται από ημιαγωγούς πυριτίου: όχι μόνο υπολογισμούς (επεξεργαστή/τσιπ), αλλά και δικτύωση και μνήμη.
Η δικτύωση προοδεύει. Έχουμε δει την κυκλοφορία του QNodeOS, ενός λειτουργικού συστήματος αφιερωμένο στην κβαντική δικτύωση, παραλληλα μαζικής παραγωγής φωτονικά τσιπ, νανοφωτονικοί ενισχυτές ερβίουκαι κβαντική τηλεμεταφορά χρησιμοποιώντας παραδοσιακά δίκτυα οπτικών ινών.
Αλλά η μνήμη ήταν πιο άπιαστη, αν και τα ηχητικά κύματα μπορεί να παρέχουν ένα είδος υβριδικής λύσης στο ζήτημα της σταθερότητας.
Αυτή η δυσκολία προκύπτει επειδή τα qubits είναι εξαιρετικά ασταθή, απαιτώντας υπεραγώγιμα υλικά, πλήρη απομόνωση από περιβαλλοντικές παρεμβολές και εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Η δικτύωση μπορεί να βοηθήσει εν μέρει στην άμβλυνση της έλλειψης μνήμης προωθώντας πληροφορίες σε άλλα φυσικά qubits σε ένα σύμπλεγμα, αλλά αυτή η επιλογή μπορεί να φτάσει μόνο μέχρι ένα σημείο. Κάποια στιγμή, οι πολύπλοκοι υπολογισμοί θα απαιτήσουν ένα σύστημα μνήμης μακράς διαρκείας (με βάση τα κβαντικά πρότυπα) ικανό να διατηρεί αξιόπιστα τα κβαντικά δεδομένα.
Αυτό ακριβώς φαίνεται να έχουν καταφέρει ερευνητές στη Γερμανία στο Πανεπιστήμιο Humboldt του Βερολίνου, στο Πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης και στο Ινστιτούτο Φωτονικής Τεχνολογίας Leibniz.
Δημιούργησαν ένα νανοσκοπικό «κλουβί φωτός» ικανό να διατηρεί κβαντικά δεδομένα για ένα πρωτοφανές χρονικό διάστημα. Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο επιστημονικό περιοδικό Light: Science & Applications.1, υπό τον τίτλο "Αποθήκευση φωτός σε φωτεινά κλουβιά: μια κλιμακωτή πλατφόρμα για πολυπλεγμένες κβαντικές μνήμες".
Τι είναι τα νανοσκοπικά «κλουβιά φωτός»;
Η κβαντική μνήμη αναφέρεται σε στοιχεία που είναι ικανά να αποθηκεύουν και να διατηρούν άθικτες κβαντικές πληροφορίες (qubits).
Στην πράξη, αυτό λειτουργεί όπως η μνήμη RAM: όχι για μακροπρόθεσμη αποθήκευση δεδομένων, αλλά για τη διατήρηση της προσβασιμότητας των δεδομένων για το επόμενο βήμα σε μια διαδικασία υπολογισμού.
Αυτό απαιτεί τρία διαδοχικά βήματα:
- Συλλαμβάνοντας την κβαντική κατάσταση.
- Αποθήκευση αυτής της κατάστασης σε μορφή πιο σταθερή από τα πτητικά qubits.
- Ανάκτηση δεδομένων για περαιτέρω επεξεργασία.
Πώς λειτουργούν τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα κλουβιά φωτός
Η βάση του έργου των Γερμανών ερευνητών είναι το «κλουβί φωτός». Αυτές οι νανοσκοπικές δομές έχουν σχεδιαστεί για να συγκρατούν το φως χωρίς αυτό να χάνει τα κβαντικά του χαρακτηριστικά.
Πηγή: φως
Σε αυτή τη συγκεκριμένη περίπτωση, χρησιμοποίησαν κυματοδηγούς με κοίλο πυρήνα γεμάτους με ατομικό ατμό ατόμων καισίου.
Οι ίδιες οι κατασκευές κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας τεχνολογία νανοεκτύπωσης, συγκεκριμένα λιθογραφία πολυμερισμού δύο φωτονίων με εμπορικά συστήματα τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Για να διασφαλιστεί η μακροπρόθεσμη σταθερότητα στο περιβάλλον δραστικού καισίου, οι δομές είναι επικαλυμμένες με ένα προστατευτικό στρώμα, επιδεικνύοντας αξιοσημείωτη ανθεκτικότητα χωρίς να παρατηρείται υποβάθμιση ακόμη και μετά από πέντε χρόνια λειτουργίας.
Πηγή: φως
Πλεονεκτήματα έναντι της παραδοσιακής κβαντικής μνήμης
Αυτός ο σχεδιασμός προσφέρει μοναδικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με προηγούμενες προσπάθειες.
Καταρχάς, αυτές οι νανοτυπωμένες δομές επιτρέπουν την ταχεία διάχυση ατόμων καισίου. Αυτό μειώνει τον χρόνο που απαιτείται για την πλήρωση του πυρήνα με ατομικούς ατμούς από μήνες σε λίγες μόνο ημέρες, διατηρώντας παράλληλα εξαιρετικό περιορισμό οπτικού πεδίου.
Δεύτερον, ο σχεδιασμός επιτρέπει μοναδική πλευρική πρόσβαση στις περιοχές του πυρήνα, διευκολύνοντας την ανάκτηση κβαντικών δεδομένων όταν χρειάζεται.
«Δημιουργήσαμε μια δομή καθοδήγησης που επιτρέπει την γρήγορη διάχυση αερίων και υγρών μέσα στον πυρήνα της, με την ευελιξία και την αναπαραγωγιμότητα που παρέχει η διαδικασία τρισδιάστατης νανοεκτύπωσης.»
Αυτό επιτρέπει την πραγματική επεκτασιμότητα αυτής της πλατφόρμας, όχι μόνο για την κατασκευή των κυματοδηγών εντός του τσιπ, αλλά και μεταξύ των τσιπ, για την παραγωγή πολλαπλών τσιπ με την ίδια απόδοση.
Αυτή η επεκτασιμότητα διευκολύνει πολύ την επίτευξη ενός βιομηχανικού, εμπορικού σταδίου. Επιτρέπει πολλαπλά κλουβιά φωτός στο ίδιο τσιπ, αυξάνοντας τη συνολική μνήμη ενός κβαντικού επεξεργαστή. Οι διακυμάνσεις εντός ενός μόνο τσιπ διατηρήθηκαν κάτω από 2 νανόμετρα, ενώ οι διαφορές μεταξύ των τσιπ παρέμειναν κάτω από 15 νανόμετρα.
Επειδή η απόδοση αποθήκευσης μεταξύ διαφορετικών κλωβών φωτισμού είναι ελάχιστη και σταθερή, ο σχεδιασμός δημιουργεί αξιόπιστες προσδοκίες για τους μηχανικούς.
Σύρετε για κύλιση →
| Κβαντική Προσέγγιση Μνήμης | Αποθηκευμένη Διέγερση / Μέσο | Τυπικές συνθήκες λειτουργίας | Κλιμάκωση & Ενσωμάτωση | Βασικοί συμβιβασμοί |
|---|---|---|---|---|
| Νανοτυπωμένα «Κλουβιά Φωτός» (αυτό το έργο) | Καθοδηγούμενοι παλμοί φωτός αντιστοιχισμένοι σε συλλογικές ατομικές διεγέρσεις (ατμοί καισίου σε κυματοδηγούς με κοίλο πυρήνα) | Λειτουργία ελαφρώς πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου· δεν περιγράφεται κρυογονική ή παγίδευση σύνθετων ατόμων | Η τρισδιάστατη νανοεκτύπωση (πολυμερισμός δύο φωτονίων) υποστηρίζει επαναλήψιμες, πολυπλεγμένες δομές επί του τσιπ· πλευρική πρόσβαση για έλεγχο/ανάγνωση | Οι χρόνοι αποθήκευσης που εμφανίζονται εδώ είναι εκατοντάδες νανοδευτερόλεπτα. Η κύρια αξία είναι η κατασκευασιμότητα + η πολυπλεξία + οι χαλαρές συνθήκες λειτουργίας. |
| Αναμνήσεις από το Cold-Atom Ensemble | Ατομικές διεγέρσεις σε ατομικά νέφη που ψύχονται με λέιζερ | Υπερυψηλό κενό, ψύξη με λέιζερ, οπτικά παγίδευσης (πολύπλοκη εργαστηριακή υποδομή) | Υψηλή απόδοση σε ερευνητικά περιβάλλοντα· πιο δύσκολο να μικρογραφηθεί και να αναπτυχθεί σε κλίμακα σε σύγκριση με τις προσεγγίσεις που βασίζονται στο τσιπ | Εξαιρετική φυσική, αλλά η πολυπλοκότητα και το αποτύπωμα του συστήματος μπορούν να περιορίσουν την πρακτική εφαρμογή |
| Κρύσταλλοι με πρόσμιξη σπάνιων γαιών | Οπτικές διεγέρσεις σε προσμίξεις στερεάς κατάστασης (π.χ. ιόντα σπάνιων γαιών) | Συχνά κρυογονικό για καλύτερη συνοχή· σταθερά στερεά αλλά απαιτώντας ψύξη | Δυνητικά συμπαγείς μονάδες· η ενσωμάτωση εξαρτάται από τη φωτονική συσκευασία και τις απώλειες σύζευξης | Ισχυρό δυναμικό συνοχής, αλλά η θερμοκρασία/ψύξη και η απόδοση σύζευξης αποτελούν πρακτικούς περιορισμούς |
| Μνήμες βασισμένες σε σπιν (κέντρα NV / σύνολα σπιν) | Καταστάσεις ηλεκτρονίου/πυρηνικού σπιν σε στερεά | Ποικίλλει σημαντικά (συχνά ελεγχόμενα περιβάλλοντα· μερικές φορές κρυογονικά για βέλτιστη απόδοση) | Ελκυστικό για ενσωμάτωση σε στερεά κατάσταση· οι οπτικές διεπαφές και η απόδοση κατασκευής μπορεί να είναι απαιτητικές | Οι μακροχρόνιες καταστάσεις σπιν είναι πολλά υποσχόμενες, αλλά η διεπαφή φωτονίου-σπιν μπορεί να αποτελέσει το εμπόδιο. |
| Υπεραγώγιμες μνήμες συντονισμού | Φωτόνια/διεγέρσεις μικροκυμάτων σε υπεραγώγιμα κυκλώματα | Κρυογονική λειτουργία (ψυγείο αραίωσης) | Ισχυρή συμβατότητα με υπεραγώγιμους επεξεργαστές. Η κλιμάκωση συνδέεται με την κρυοκαλωδίωση, τους θερμικούς προϋπολογισμούς και τη χωρητικότητα του ψυγείου. | Στενή ενσωμάτωση με τις κορυφαίες στοίβες ποιοτικού ελέγχου (QC) σήμερα, αλλά η κρυογονική και η πολυπλοκότητα σε επίπεδο συστήματος είναι αναπόφευκτες. |
Μια άλλη τεράστια αλλαγή σε σύγκριση με τις περισσότερες τεχνολογίες κβαντικής υπολογιστικής είναι ότι η μνήμη light cage λειτουργεί ελαφρώς πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου και δεν απαιτεί κρυογονική ψύξη. Αυτό την καθιστά όχι μόνο πιο αξιόπιστη, αλλά και σημαντικά πιο οικονομική.
Για πόσο καιρό μπορούν να αποθηκεύουν δεδομένα τα κλουβιά φωτισμού;
Τα φωτεινά κλουβιά επιτρέπουν την εξαιρετικά αποτελεσματική μετατροπή των καθοδηγούμενων φωτεινών παλμών σε συλλογικές ατομικές διεγέρσεις. Ένα οπτικό λέιζερ ελέγχου μπορεί στη συνέχεια να απελευθερώσει το φως κατόπιν ζήτησης, ανακτώντας τα δεδομένα για περαιτέρω κβαντικούς υπολογισμούς.
Η ερευνητική ομάδα αποθήκευσε με επιτυχία εξασθενημένους παλμούς φωτός που περιείχαν μόνο λίγα φωτόνια για διάρκεια αρκετών εκατοντάδων νανοδευτερόλεπτων.
Πηγή: φως
Ενώ αυτό το χρονικό διάστημα μπορεί να φαίνεται σύντομο, από άποψη κβαντικής δικτύωσης και φωτονικής μνήμης, αντιπροσωπεύει μια ασυνήθιστα μεγάλη και σταθερή διάρκεια αποθήκευσης, ειδικά για συστήματα συμβατά με θερμοκρασία δωματίου.
Κλιμάκωση Κβαντικών Δικτύων με Οπτική Μνήμη
Ενώ τα δίκτυα έχουν μέχρι στιγμής βοηθήσει στην αντιστάθμιση της έλλειψης μνήμης, η αξιόπιστη μνήμη θα μπορούσε αντίστροφα να βοηθήσει στη δημιουργία πιο σύνθετων δικτύων.
Δημιουργώντας αξιόπιστη αποθήκευση, η κβαντική μνήμη μπορεί να χρησιμεύσει ως κόμβοι επαναλήπτη, ενισχύοντας σημαντικά την αξιοπιστία και την εμβέλεια του κβαντικού δικτύου. Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς τη δικτύωση αρκετών κβαντικών τσιπ σε έναν υπερυπολογιστή, καθώς και τη σύνδεση κβαντικών υπολογιστών σε φυσική απόσταση.
Συμπέρασμα
Η κβαντική υπολογιστική έχει σημειώσει τεράστια πρόοδο τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη δικτύων και μεγαλύτερων, κλιμακούμενων κβαντικών τσιπ. Ο χαμένος κρίκος για έναν πλήρως ανεπτυγμένο κβαντικό υπολογιστή ή ένα κβαντικό δίκτυο μεγάλης κλίμακας ήταν τα αξιόπιστα εξαρτήματα μνήμης.
Η αξιοποίηση αυτών των βελτιωμένων φωτεινών κλωβών μπορεί να είναι ακριβώς το κλειδί για την επιτάχυνση της ανάπτυξης της κβαντικής υπολογιστικής, χάρη στη φθηνή και αξιόπιστη διαδικασία κατασκευής της.
Το επόμενο βήμα πιθανότατα θα είναι οι πρακτικές δοκιμές με τα υπάρχοντα κβαντικά τσιπ και η βελτιστοποίηση της διαδικασίας κατασκευής για ενσωμάτωση στις τυπικές πρακτικές ενός χυτηρίου ημιαγωγών.
Επενδύοντας στην Κβαντική Υπολογιστική
Honeywell / Quantinuum (HON)
(HON )
Το Quantinuum είναι το αποτέλεσμα της συγχώνευσης της Honeywell Quantum Solutions και της Cambridge Quantum.
Η Honeywell παραμένει ο πλειοψηφικός μέτοχος της εταιρείας (πιθανώς 52% ιδιοκτησίας) μετά από έναν γύρο συγκέντρωσης κεφαλαίων που το αποτιμά στα 10 δις $Ο ιδρυτής Ilyas Khan αναφέρεται ότι κατέχει περίπου το 20% της εταιρείας. Άλλοι μέτοχοι περιλαμβάνουν τις JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM και JP Morgan.
Μια πιθανή αρχική δημόσια προσφορά (IPO) της Quantinuum, ενδεχομένως ως μέρος μιας ευρύτερης εταιρικής αναδιάρθρωσης, εκτιμάται από τους αναλυτές ότι αξίζει έως και 20 δισεκατομμύρια δολάρια μπορεί να συμβεί μεταξύ 2026 και 2027.
Η κβαντική υπολογιστική δεν αποτελεί το κεντρικό κομμάτι της επιχειρηματικής δραστηριότητας της Honeywell, η οποία επικεντρώνεται περισσότερο σε προϊόντα στην αεροδιαστημική, τον αυτοματισμό και τα εξειδικευμένα χημικά και υλικά.
Κάθε ένας από αυτούς τους τομείς θα μπορούσε, ωστόσο, να επωφεληθεί από την κβαντική υπολογιστική, ειδικά υπολογιστική χημεία και την κβαντική κυβερνοασφάλεια, δίνοντας ενδεχομένως στην Honeywell ένα πλεονέκτημα έναντι των ανταγωνιστών της.
Το κύριο μοντέλο της εταιρείας προς το παρόν είναι Helios, ο διάδοχος του H2, και ο «πιο ακριβής κβαντικός υπολογιστής στον κόσμο»Διαθέτει ρεκόρ 98 πλήρως συνδεδεμένων φυσικών qubits με πιστότητα πύλης ενός qubit 99.9975% και πιστότητα πύλης δύο qubit 99.921% σε όλα τα ζεύγη qubit.
Αξιοποιήσαμε επίσης το Helios για να πραγματοποιήσουμε προσομοιώσεις μεγάλης κλίμακας σε υπεραγωγιμότητα σε υψηλή θερμοκρασία και κβαντικός μαγνητισμός—και τα δύο με σαφείς οδούς προς εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο της βιομηχανίας.
Η εταιρεία έχει επιδιώξει την ανάπτυξη υπολογιστών υψηλής ποιότητας με πολύ λίγα σφάλματα, αντί να προσθέτει απλώς όσο το δυνατόν περισσότερα qubits, δημιουργώντας τη λεγόμενη «κβαντική υπολογιστική ανοχής σφαλμάτων».
Αυτή η προσέγγιση χαρακτηρίζεται από την εταιρεία ως «Καλύτερα qubits, καλύτερα αποτελέσματα», με παρόμοια ποσότητα qubits να επιτυγχάνει 100-1,000 φορές πιο αξιόπιστα αποτελέσματα.
Πηγή: Κβαντίνο
Αυτό θα μπορούσε να κάνει μια αξιοσημείωτη διαφορά στην επείγουσα ανάγκη για κβαντικά ανθεκτική κρυπτογραφία. Η αμυντική εταιρεία Thales (ΧΟ.ΠΑ -0.96%) είναι συνεργάζεται ήδη με την Quantinuum, όπως είναι διεθνείς τράπεζες όπως η HSBC JP Morgan.
Το Quantinuum προσφέρει επίσης την ιδιόκτητη κβαντική υπολογιστική χημεία του InQuanto, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για φαρμακευτικές, επιστήμες υλικών, χημικά, ενέργεια και αεροδιαστημικές εφαρμογές.
Όπως πολλές άλλες εταιρείες κβαντικών υπολογιστών, Η Quantinuum προσφέρει το Helios ως «υλικό ως υπηρεσία», επιτρέποντας στους χρήστες να επωφεληθούν από τον κβαντικό υπολογισμό χωρίς να χρειάζεται να αντιμετωπίσουν την πολυπλοκότητα της λειτουργίας του συστήματος οι ίδιοι.
Η Quantinuum υπέγραψε τον Νοέμβριο του 2024 μια συνεργασία με τη γερμανική Infineon, ο μεγαλύτερος κατασκευαστής ημιαγωγών της Ευρώπης. Η Infineon θα φέρει την ενσωματωμένη τεχνολογία φωτονικής και ηλεκτρονικής ελέγχου για να βοηθήσει στη δημιουργία της επόμενης γενιάς κβαντικών υπολογιστών παγιδευμένων ιόντων.
Καθώς η ολοκληρωμένη φωτονική πλησιάζει περισσότερο σε πρακτικές περιπτώσεις χρήσης, είναι πλέον σαφές πόσο σημαντική μπορεί να είναι αυτή η συνεργασία για το μέλλον της Quantinuum. Σε αυτό το σημείο, φαίνεται ότι το επόμενο βήμα για την εταιρεία θα είναι η κυκλοφορία του πρώτου στον κόσμο τσιπ φωτονικής-κβαντικής τεχνολογίας που εστιάζει στην τεχνητή νοημοσύνη.
Τους επόμενους μήνες, η Quantinuum θα μοιραστεί τα αποτελέσματα από τις τρέχουσες συνεργασίες, παρουσιάζοντας τις πρωτοποριακές δυνατότητες των κβαντικών εξελίξεων στην Γενετική Τεχνητή Νοημοσύνη.
Η καινοτόμος δυνατότητα Gen QAI θα ενισχύσει και θα επιταχύνει τη χρήση Μεταλλικών Οργανικών Πλαισίων για την χορήγηση φαρμάκων, ανοίγοντας το δρόμο για πιο αποτελεσματικές και εξατομικευμένες επιλογές θεραπείας, με λεπτομέρειες που θα αποκαλυφθούν κατά την κυκλοφορία του Helios.
Περισσότερες συνεχιζόμενες περιπτώσεις χρήσης θα μπορούσαν να ενισχύσουν σημαντικά τη μελλοντική αξία της εταιρείας και, ως εκ τούτου, το μερίδιο της Honeywell σε αυτήν.
Γενετική Κβαντική Τεχνητή Νοημοσύνη: Απελευθέρωση Πλήρους Δυναμικού της Τεχνητής Νοημοσύνης
(Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για οι υπόλοιπες βιομηχανικές δραστηριότητες της Honeywell στους τομείς του αυτοματισμού, της αεροδιαστημικής και των προηγμένων υλικών στην έκθεση που είναι αφιερωμένη στην εταιρεία.)
Τελευταία Νέα και Εξελίξεις για τη Μετοχή της Honeywell (HON)
Μελέτη στην οποία έγινε αναφορά
1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et αϊ. Αποθήκευση φωτός σε φωτεινούς κλωβούς: μια κλιμακωτή πλατφόρμα για πολυπλεγμένες κβαντικές μνήμες. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5
