Υπολογιστική
Οι «Φωτεινές Κλουβίδες» θα μπορούσαν να λύσουν το πρόβλημα μνήμης της Κβαντικής Υπολογιστικής
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Το Στενό Μπουσόν: Γιατί η Κβαντική Υπολογιστική Χρειάζεται Νέα Μνήμη
Για να αρχίσει να χρησιμοποιείται ένας κβαντικός υπολογιστής, ακόμη και αν δεν είναι καθημερινά, αλλά τουλάχιστον αξιόπιστα, θα πρέπει να αναπαράγει με κβαντικά συμβατά εξαρτήματα τις περισσότερες λειτουργίες που εκτελούν τα ημιαγωγικά πυρίσματα: όχι μόνο τον υπολογισμό (επεξεργαστές/τσίπ), αλλά και την δικτύωση και τη μνήμη.
Η δικτύωση προοδεύει. Έχουμε δει την κυκλοφορία του QNodeOS, ενός λειτουργικού συστήματος αφιερωμένου στην κβαντική δικτύωση, μαζί με μαζικά παραγωγικά φωτονικά τσίπ, ενισχυτές νανοφωτονικής ερύβιου, και κβαντική τηλεμεταφορά χρησιμοποιώντας παραδοσιακά οπτικά δίκτυα ενσύρματου.
Αλλά η μνήμη παραμένει πιο ακατόρθωτη, αν και τα ηχητικά κύματα μπορεί να προσφέρουν ένα είδος υβριδικής λύσης στο ζήτημα της σταθερότητας.
Αυτή η δυσκολία προκύπτει επειδή τα κβιτ είναι εξαιρετικά ασταθή, απαιτώντας υπεραγωγικά υλικά, πλήρη απομόνωση από περιβαλλοντικές παρεμβολές και υπερβολικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Η δικτύωση μπορεί εν μέρει να βοηθήσει στην αντιμετώπιση της έλλειψης μνήμης προωθώντας πληροφορίες σε άλλα φυσικά κβιτ σε ένα σύμπλεγμα, αλλά αυτή η επιλογή έχει όρια. Σε κάποιο σημείο, σύνθετοι υπολογισμοί θα απαιτήσουν ένα μακράς διάρκειας (κατά τα κβαντικά πρότυπα) σύστημα μνήμης που να διατηρεί αξιόπιστα τα κβαντικά δεδομένα.
Αυτό είναι ακριβώς αυτό που φαίνεται να έχουν επιτύχει ερευνητές στη Γερμανία, από το Humboldt-Universität zu Berlin, το Πανεπιστήμιο του Στουτγάρδη και το Leibniz Institute of Photonic Technology.
Δημιούργησαν μια νανοσκοπική «φωτεινή κλουβίδα» ικανή να διατηρεί κβαντικά δεδομένα για άνευ προηγουμένου χρονική διάρκεια. Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στο επιστημονικό περιοδικό Light: Science & Applications1, υπό τον τίτλο “Αποθήκευση φωτός σε φωτεινές κλουβίδες: μια κλιμακώσιμη πλατφόρμα για πολλαπλές κβαντικές μνήμες”.
Τι είναι οι νανοσκοπικές “Φωτεινές Κλουβίδες”;
Η κβαντική μνήμη αναφέρεται σε εξαρτήματα που μπορούν να αποθηκεύσουν και να διατηρήσουν αμετάβλητες κβαντικές πληροφορίες (κβιτ).
Στην πράξη, λειτουργεί όπως η RAM: όχι για μακροπρόθεσμη αποθήκευση δεδομένων, αλλά για τη διατήρηση των δεδομένων προσβάσιμων για το επόμενο βήμα μιας διαδικασίας υπολογισμού.
- Καταγραφή της κβαντικής κατάστασης.
- Αποθήκευση αυτής της κατάστασης σε μορφή πιο σταθερή από τα ευμετάβλητα κβιτ.
- Ανάκτηση των δεδομένων για περαιτέρω επεξεργασία.
Πώς Λειτουργούν οι Τρισδιάστατα Εκτυπωμένες Φωτεινές Κλουβίδες
Η βάση της εργασίας των Γερμανών ερευνητών είναι η «φωτεινή κλουβίδα». Αυτές οι νανοσκοπικές δομές σχεδιάζονται ώστε να κρατούν το φως χωρίς να χάνει τα κβαντικά του χαρακτηριστικά.
Πηγή: Light
Σε αυτή τη συγκεκριμένη περίπτωση, χρησιμοποίησαν κυματοδηγούς κενού πυρήνα γεμάτους με ατμό ατόμων σεσήμι.
Οι ίδιες οι δομές κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας τεχνολογία νανοεκτύπωσης, συγκεκριμένα λιθογραφία διφωτονικής πολυμερισμού με εμπορικά συστήματα 3D εκτύπωσης.
Για να εξασφαλιστεί μακροπρόθεσμη σταθερότητα στο αντιδραστικό περιβάλλον του σεσήμι, οι δομές επενδύονται με προστατευτικό στρώμα, δείχνοντας αξιοσημείωτη ανθεκτικότητα χωρίς παρατήρηση φθοράς ακόμη και μετά από πέντε χρόνια λειτουργίας.
Πηγή: Light
Πλεονεκτήματα έναντι της Παραδοσιακής Κβαντικής Μνήμης
Αυτό το σχέδιο προσφέρει μοναδικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με προηγούμενες προσπάθειες.
Πρώτον, αυτές οι νανοεκτυπωμένες δομές επιτρέπουν τη γρήγορη διάχυση ατόμων σεσήμι. Αυτό μειώνει το χρόνο που απαιτείται για τη γέμιση του πυρήνα με ατμό ατόμων από μήνες σε λίγες ημέρες, διατηρώντας ταυτόχρονα εξαιρετικό περιορισμό του οπτικού πεδίου.
Δεύτερον, το σχέδιο επιτρέπει μοναδική πρόσβαση από τα πλάγια στις περιοχές του πυρήνα, διευκολύνοντας την ανάκτηση των κβαντικών δεδομένων όταν απαιτείται.
“Δημιουργήσαμε μια καθοδηγητική δομή που επιτρέπει τη γρήγορη διάχυση αερίων και υγρών μέσα στον πυρήνα της, με την ευελιξία και αναπαραγωγιμότητα που προσφέρει η διαδικασία 3D-νανοεκτύπωσης.
Αυτό επιτρέπει αληθινή κλιμακωσιμότητα αυτής της πλατφόρμας, όχι μόνο για εντός-τσίπ κατασκευή των κυματοδηγών αλλά και μεταξύ-τσίπ, για την παραγωγή πολλαπλών τσίπ με την ίδια απόδοση.”
Αυτή η κλιμακωσιμότητα καθιστά πολύ πιο εύκολο το να φτάσει σε βιομηχανικό εμπορικό στάδιο. Επιτρέπει πολλαπλές φωτεινές κλουβίδες στο ίδιο τσίπ, αυξάνοντας τη συνολική δυναμική μνήμη ενός κβαντικού επεξεργαστή. Οι διακυμάνσεις εντός ενός τσίπ διατηρήθηκαν κάτω από 2 νανόμετρα, ενώ οι διαφορές μεταξύ τσίπ παρέμειναν κάτω από 15 νανόμετρα.
Δεδομένου ότι η απόδοση αποθήκευσης μεταξύ διαφορετικών φωτεινών κλουβίδων είναι ελάχιστη και συνεπής, το σχέδιο παρέχει αξιόπιστες προοπτικές για τους μηχανικούς.
Σύρετε για κύλιση →
| Προσέγγιση Κβαντικής Μνήμης | Αποθηκευμένη Διέγερση / Μέσο | Τυπικές Συνθήκες Λειτουργίας | Κλιμάκωση & Ενσωμάτωση | Κύριοι Συμφιλιωτικοί Παράγοντες |
|---|---|---|---|---|
| Νανοεκτυπωμένες “Φωτεινές Κλουβίδες” (αυτή η εργασία) | Καθοδηγούμενα παλμοί φωτός χαρτογραφημένοι σε συλλογικές ατομικές διεγέρσεις (ατμός σεσήμι σε κυματοδηγούς κενού πυρήνα) | Λειτουργία ελαφρώς πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου· χωρίς κρυογενικά ή περιγραφή πολύπλοκης παγίδευσης ατόμων | Η 3D νανοεκτύπωση (διφωτονική πολυμερισμός) υποστηρίζει επαναλήψιμες, πολλαπλές ενσωματωμένες δομές· πρόσβαση από τα πλάγια για έλεγχο/ανάγνωση | Οι χρόνοι αποθήκευσης που παρουσιάζονται εδώ είναι εκατοντάδες νανοδευτερόλεπτα· η κύρια αξία είναι η δυνατότητα κατασκευής + πολλαπλότητα + χαλαρές συνθήκες λειτουργίας |
| Μνήμες Συγκροτήματος Ψυχρών Ατόμων | Ατομικές διεγέρσεις σε σύννεφα ατόμων ψυχρά με λέιζερ | Υπερυψηλή κενού, ψύξη με λέιζερ, οπτικά παγίδευσης (πολύπλοκη εργαστηριακή υποδομή) | Υψηλή απόδοση σε ερευνητικά περιβάλλοντα· πιο δύσκολη ελαχιστοποίηση και ανάπτυξη σε κλίμακα σε σχέση με προσεγγίσεις πρώτα τσίπ | Άριστη φυσική, αλλά η πολυπλοκότητα του συστήματος και το αποτύπωμα μπορούν να περιορίσουν την πρακτική εφαρμογή |
| Κρύσταλλοι Δομημένοι με Σπάνιες Γαίες | Οπτικές διεγέρσεις σε στερεά δόπια (π.χ., ιόντα σπάνιων γαίων) | Συχνά κρυογενικά για βέλτιστη συνοχή· σταθερά στερεά αλλά απαιτούν ψύξη | Δυνατότητα συμπαγών μονάδων· η ενσωμάτωση εξαρτάται από τη συσκευασία φωτονικής και τις απώλειες σύζευξης | Ισχυρό δυναμικό συνοχής, αλλά η θερμοκρασία/ψύξη και η αποδοτικότητα σύζευξης αποτελούν πρακτικούς περιορισμούς |
| Μνήμες Βασισμένες σε Σπιν (NV κέντρα / σύνολα σπιν) | Καταστάσεις ηλεκτρονικού/πυρηνικού σπιν σε στερεά | Διαφέρει ευρέως (συχνά ελεγχόμενα περιβάλλοντα· μερικές φορές κρυογενικά για βέλτιστη απόδοση) | Ελκυστικό για ενσωμάτωση σε στερεά καταστάσεις· οι οπτικές διεπαφές και η απόδοση κατασκευής μπορεί να είναι προκλητικές | Οι μακροχρόνιες καταστάσεις σπιν είναι υποσχόμενες, αλλά η διασύνδεση φωτον-σπιν μπορεί να αποτελεί το στενό μπουσόν |
| Μνήμες Υπεραγώγιμων Ρεζονάντων | Φωτόνια/διεγέρσεις μικροκυμάτων σε υπεραγώγινα κυκλώματα | Κρυογενική λειτουργία (ψυγείο αραίωσης) | Ισχυρή συμβατότητα με υπεραγώγιους επεξεργαστές· η κλιμάκωση συνδέεται με το κρύο καλώδιο, τους θερμικούς προϋπολογισμούς και τη χωρητικότητα του ψυγείου | Στενή ενσωμάτωση με τις κορυφαίες τρέχουσες στοίβες κβαντικού υπολογισμού, αλλά τα κρυογενικά και η πολυπλοκότητα σε επίπεδο συστήματος είναι αναπόφευκτα |
Μια ακόμη τεράστια αλλαγή σε σύγκριση με τις περισσότερες τεχνολογίες κβαντικού υπολογισμού είναι ότι η μνήμη φωτεινών κλουβίδων λειτουργεί ελαφρώς πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου και δεν απαιτεί κρυογενική ψύξη. Αυτό την καθιστά όχι μόνο πιο αξιόπιστη, αλλά και σημαντικά πιο οικονομική.
Πόσο Χρόνο Μπορούν οι Φωτεινές Κλουβίδες να Αποθηκεύσουν Δεδομένα;
Οι φωτεινές κλουβίδες επιτρέπουν εξαιρετικά αποδοτική μετατροπή των καθοδηγούμενων παλμών φωτός σε συλλογικές ατομικές διεγέρσεις. Ένα οπτικό λέιζερ ελέγχου μπορεί στη συνέχεια να απελευθερώσει το φως κατ’ απαίτηση, ανακτώντας τα δεδομένα για περαιτέρω κβαντικούς υπολογισμούς.
Η ερευνητική ομάδα αποθήκευσε επιτυχώς εξασθενημένους παλμούς φωτός που περιείχαν μόνο λίγα φωτόνια για διάρκειες αρκετών εκατοντάδων νανοδευτερολέπτων.
Πηγή: Light
Αν και αυτή η χρονική κλίμακα μπορεί να φαίνεται σύντομη, σε όρους κβαντικής δικτύωσης και φωτονικής μνήμης, αντιπροσωπεύει ασυνήθιστα μακρά και σταθερή διάρκεια αποθήκευσης, ιδιαίτερα για συστήματα συμβατά με θερμοκρασία δωματίου.
Κλιμάκωση Κβαντικών Δικτύων με Οπτική Μνήμη
Ενώ τα δίκτυα μέχρι τώρα έχουν 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 λειτουργήσει ως κόμβοι επαναλήπτη, ενισχύοντας σημαντικά την αξιοπιστία και την εμβέλεια του κβαντικού δικτύου. Αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τη σύνδεση πολλαπλών κβαντικών τσίπ σε έναν υπερυπολογιστή, καθώς και τη σύνδεση φυσικά απομακρυσμένων κβαντικών υπολογιστών.
Συμπέρασμα
Η κβαντική υπολογιστική έχει σημειώσει τεράστια πρόοδο τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη δικτύωσης και μεγαλύτερων, κλιμακώσιμων κβαντικών τσίπ. Ο χαμένος κρίκος για έναν πλήρη κβαντικό υπολογιστή ή ένα μεγάλης κλίμακας κβαντικό δίκτυο ήταν τα αξιόπιστα εξαρτήματα μνήμης.
Η αξιοποίηση αυτών των βελτιωμένων φωτεινών κλουβίδων 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 η πρακτική δοκιμή με υπάρχοντα κβαντικά τσίπ και η βελτιστοποίηση της διαδικασίας κατασκευής για ενσωμάτωση στις τυπικές πρακτικές ενός εργοστασίου ημιαγωγών.
Επένδυση στην Κβαντική Υπολογιστική
Honeywell / Quantinuum (HON)
HON Διάγραμμα τιμής
Η Quantinuum είναι το αποτέλεσμα της συγχώνευσης των Honeywell Quantum Solutions και Cambridge Quantum.
Η Honeywell παραμένει ο κύριος μέτοχος της εταιρείας (πιθανώς 52% ιδιοκτησία) μετά από γύρο χρηματοδότησης που την αποτίμησε στα 10 δισεκατομμύρια δολάρια. Ο ιδρυτής Ilyas Khan αναφέρεται ότι κατέχει περίπου το 20% της εταιρείας. Άλλοι μέτοχοι περιλαμβάνουν τις JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM και JP Morgan.
Μια πιθανή αρχική δημόσια προσφορά (IPO) της Quantinuum, ενδεχομένως ως μέρος μιας μεγαλύτερης εταιρικής αναδιάρθρωσης, εκτιμάται από αναλυτές ότι μπορεί να αξίζει έως και 20 δισεκατομμύρια δολάρια και να πραγματοποιηθεί μεταξύ 2026 και 2027.
Η κβαντική υπολογιστική δεν αποτελεί το κεντρικό μέρος της επιχείρησης της Honeywell, η οποία εστιάζει περισσότερο σε προϊόντα αεροδιαστημικής, αυτοματισμού και εξειδικευμένων χημικών & υλικών.
Κάθε ένας από αυτούς τους τομείς μπορεί, ωστόσο, να ωφεληθεί από την κβαντική υπολογιστική, ιδιαίτερα η υπολογιστική χημεία και η κβαντική κυβερνοασφάλεια, ενδεχομένως δίνοντας στην Honeywell πλεονέκτημα έναντι των ανταγωνιστών της.
Το κύριο μοντέλο της εταιρείας προς το παρόν είναι το Helios, ο διάδοχος του H2, και ο “πιο ακριβής κβαντικός υπολογιστής στον κόσμο”. Διαθέτει ρεκόρ 98 πλήρως συνδεδεμένα φυσικά κβιτ με πιστότητα πύλης μονού κβιτ 99,9975% και πιστότητα πύλης διπλού κβιτ 99,921% σε όλα τα ζεύγη κβιτ.
Επίσης αξιοποιήσαμε το Helios για την εκτέλεση μεγάλων προσομοιώσεων στην υψηλής θερμοκρασίας υπεραγωγία και το κβαντικό μαγνητισμό—και τα δύο με σαφείς διαδρομές προς εφαρμογές στην πραγματική βιομηχανία.
Η εταιρεία έχει επιδιώξει υψηλής ποιότητας υπολογισμούς με πολύ μικρό σφάλμα, αντί να προσθέτει απλώς όσο το δυνατόν περισσότερα κβιτ, δημιουργώντας την λεγόμενη «αξιοπρόσθετη κβαντική υπολογιστική».
Αυτή η προσέγγιση χαρακτηρίζεται από την εταιρεία ως «Καλύτερα κβιτ, καλύτερα αποτελέσματα», με παρόμοιο αριθμό κβιτ να επιτυγχάνει 100-1.000 φορές πιο αξιόπιστα αποτελέσματα.
Πηγή: Quantinuum
Αυτό θα μπορούσε να κάνει αξιοσημείωτη διαφορά στην άμεσα απαιτούμενη κβαντικά-ανθεκτική κρυπτογραφία. Η αμυντική εταιρεία Thales (HO.PA -0.96%) συνεργάζεται ήδη με την Quantinuum, όπως και διεθνείς τράπεζες όπως η HSBC και η JP Morgan.
Η Quantinuum προσφέρει επίσης την ιδιόκτητη κβαντική υπολογιστική χημεία InQuanto, χρήσιμη για φαρμακευτικές, επιστήμες υλικών, χημικές, ενεργειακές και αεροδιαστημικές εφαρμογές.
Όπως πολλές άλλες εταιρείες κβαντικής υπολογιστικής, η Quantinuum προσφέρει το Helios ως «υλικό-ως-υπηρεσία», επιτρέποντας στους χρήστες να επωφεληθούν από την κβαντική υπολογιστική χωρίς να χρειάζεται να αντιμετωπίσουν την πολυπλοκότητα λειτουργίας του συστήματος.
Η Quantinuum υπέγραψε τον Νοέμβριο του 2024 μια συνεργασία με τη γερμανική Infineon, τον μεγαλύτερο κατασκευαστή ημιαγωγών στην Ευρώπη. Η Infineon θα φέρει την ενσωματωμένη φωτονική και την τεχνολογία ελέγχου ηλεκτρονικών για να βοηθήσει στη δημιουργία της επόμενης γενιάς κβαντικών υπολογιστών με παγιδευμένα ιόντα.
Καθώς η ενσωματωμένη φωτονική πλησιάζει 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 φωτοονικού-κβαντικού τσίπ με έμφαση στην τεχνητή νοημοσύνη.
«Τους επόμενους μήνες, η Quantinuum θα μοιραστεί αποτελέσματα από τις τρέχουσες συνεργασίες, παρουσιάζοντας το επαναστατικό δυναμικό των κβαντικών προόδων στην Γενετική Τεχνητή Νοημοσύνη.
Η καινοτόμος δυνατότητα Gen QAI θα ενισχύσει και θα επιταχύνει τη χρήση Μεταλλικών Οργανικών Πλαισίων για τη χορήγηση φαρμάκων, ανοίγοντας το δρόμο για πιο αποδοτικές και εξατομικευμένες επιλογές θεραπείας, με λεπτομέρειες που θα αποκαλυφθούν κατά την κυκλοφορία του Helios.»
Περισσότερες συνεχιζόμενες περιπτώσεις χρήσης θα μπορούσαν να ενισχύσουν σημαντικά την μελλοντική αξία της εταιρείας, και επομένως, το μερίδιο της Honeywell σε αυτήν.
Γενετική Κβαντική Τεχνητή Νοημοσύνη: Ξεκλειδώνοντας το Πλήρες Δυναμικό της Τεχνητής Νοημοσύνης
(Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για το υπόλοιπο των βιομηχανικών δραστηριοτήτων της Honeywell στην αυτοματοποίηση, αεροδιαστημική και προχωρημένα υλικά στην έκθεση αφιερωμένη στην εταιρεία.)
Τελευταία Ειδησεία και Αναπτύξεις Μετοχών Honeywell (HON)
Αναφερόμενη Μελέτη
1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Αποθήκευση φωτός σε φωτεινές κλουβίδες: μια κλιμακώσιμη πλατφόρμα για πολλαπλές κβαντικές μνήμες. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5
