Υπολογιστική
Κλιμάκωση των κβαντικών υπολογιστών με μονά-ατομικά qubits
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Qubit Μονοατόμων: Μια Νέα Εποχή για την Κβαντική Υπολογιστική
Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι εξαιρετικά πολύπλοκες μηχανές, αξιοποιώντας μικροσκοπικές διαφορές στη συμπεριφορά μεμονωμένων ατόμων για υπολογισμούς. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούν και αποκαλύπτουν νέες γνώσεις για τη φύση του σύμπαντος σε ατομικό και υποατομικό επίπεδο.
Τέτοιες γνώσεις πιθανότατα θα είναι απαραίτητες για την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών μεγάλης κλίμακας, καθώς όσο πιο πολύπλοκο είναι το σύστημα, τόσο πιο δύσκολο γίνεται να δημιουργηθεί αρκετά μεγάλο για πρακτικές χρήσεις.
Ερευνητές του Πανεπιστημίου Σίδνεϊ, Αυστραλία, κατάφεραν πρόσφατα να κωδικοποιήσουν πολλαπλά δεδομένα κβαντικού υπολογισμού σε ένα μόνο άτομο, ενδεχομένως επαναστατώντας το φυσικό μέγεθος των qubit κβαντικών υπολογιστών (το κβαντικό ισοδύναμο των «κανονικών» bit των υπολογιστών).
Δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο αξιόλογο επιστημονικό περιοδικό Nature Physics1, με τίτλο “Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits”.
Καθιστώντας το Qubit Αξιόπιστο
Προς το παρόν, τα qubit παράγονται είτε μέσω μιας μεθόδου που ονομάζεται «παγιδευμένο ιόν», είτε χρησιμοποιώντας υπερκρύα υπεραγωγικά υλικά.
Πηγή: Forbes
Και οι δύο μέθοδοι έχουν τους περιορισμούς τους:
- Τα παγιδευμένα ιόντα περιέχουν μόνο λίγα qubit, αλλά είναι πιο αξιόπιστα και παράγουν λιγότερα σφάλματα.
- Τα υπεραγωγικά υλικά έχουν περισσότερα qubit και αναμένεται να είναι πιο εύκολα στην κλιμάκωση, αλλά είναι πιο επιρρεπή σε σφάλματα.
Σε κάθε περίπτωση, το ποσοστό σφαλμάτων επηρεάζει το λόγο φυσικών προς λογικά qubit, ή την ποσότητα των φυσικών qubit που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός λειτουργικού qubit από την άποψη του υπολογισμού.
Καθώς αυξάνεται ο αριθμός των χρήσιμων (ή λογικών) qubit, αυξάνεται ακόμη περισσότερο ο αριθμός των απαιτούμενων φυσικών qubit. Καθώς αυτό κλιμακώνεται, ο απλός αριθμός των qubit που χρειάζονται για τη δημιουργία μιας χρήσιμης κβαντικής μηχανής γίνεται ένα μηχανικό εφιάλτης.
Έτσι, η δημιουργία κβαντικών υπολογιστών πιο ανθεκτικών στα σφάλματα είναι ίσως το πιο σημαντικό έργο των ερευνητών στον τομέα αυτή τη στιγμή, καθώς θα αφαιρέσει το κύριο εμπόδιο στην κατασκευή χρήσιμων κβαντικών υπολογιστών μεγάλης κλίμακας.
Σύρετε για κύλιση →
| Τύπος Qubit | Κλιμακωσιμότητα | Ποσοστό Σφάλματος | Θερμοκρασία |
|---|---|---|---|
| Παγιδευμένο Ιόν | Χαμηλή (λίγα qubit) | Χαμηλό | Θερμοκρασία δωματίου |
| Υπεραγωγικό | Υψηλή | Υψηλό | Κοντά στο απόλυτο μηδέν |
| Μονοατομικό (Σίδνεϊ) | Δυνατότητα υψηλής | Διορθώσιμο με GKP | Θερμοκρασία δωματίου |
Σμίκρυνση των Qubit
Οι Αυστραλοί ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα σύστημα κβαντικού υπολογισμού με παγιδευμένο ιόν (με φορτισμένο άτομο υδρίου) και μια μορφή κωδικοποίησης δεδομένων που ονομάζεται κώδικας Gottesman‑Kitaev‑Preskill (GKP).
Το GKP είναι ένας τύπος κώδικα που αναμένεται να βοηθήσει στην διόρθωση σφαλμάτων σε κβαντικούς υπολογιστές. Ωστόσο, η δημιουργία του στην πράξη ήταν μέχρι τώρα δύσκολη.
Το κλειδί είναι η δημιουργία μιας «λογικής πύλης», ενός διακόπτη πληροφορίας που επιτρέπει στους υπολογιστές – κβαντικούς και κλασικούς – να είναι προγραμματιζόμενοι.
Χρησιμοποιώντας λογισμικό ελέγχου κβαντικών συστημάτων που αναπτύχθηκε από την Q‑CTRL, μια spin‑off startup εταιρεία του Quantum Control Laboratory, οι ερευνητές κωδικοποίησαν τα δεδομένα σε ένα μόνο άτομο, σε 3Δ.
Στην ουσία, δύο σύνολα δεδομένων αποθηκεύονται ως η δόνηση ενός μόνο ατόμου, ένα σύνολο ως δόνηση «αριστερά προς δεξιά», και το άλλο ως δόνηση «πάνω και κάτω».
«Στην πράξη, αποθηκεύουμε δύο λογικά qubit που μπορούν να διορθωθούν από σφάλματα σε ένα μόνο παγιδευμένο ιόν και επιδεικνύουμε διεμπλοκή μεταξύ τους.
Vassili Matsos – διδακτορικός φοιτητής στη Σχολή Φυσικής και Sydney Nano»
Κατασκευή Λογικής Πύλης Μονοατομικού Qubit
Για να πραγματοποιήσουν αυτό το επίτευγμα της κβαντικής φυσικής, χρησιμοποίησαν ένα πολύπλοκο σύνολο λέιζερ σε θερμοκρασία δωματίου για να κρατήσουν το μοναδικό άτομο στην παγίδα, επιτρέποντας τον έλεγχο και την αξιοποίηση των φυσικών δονήσεων του για την παραγωγή των σύνθετων κωδίκων GKP.
Πηγή: Nature Physics
Το κομμάτι της «θερμοκρασίας δωματίου» είναι πολύ σημαντικό, καθώς το καθιστά εγγενώς πιο εύκολο και φθηνότερο σε σύγκριση με τους υπεραγωγικούς κβαντικούς υπολογιστές που απαιτούν θερμοκρασία κοντά στο απόλυτο μηδέν και υγρό ήλιο.
«Τα πειράματά μας έδειξαν την πρώτη υλοποίηση ενός καθολικού συνόλου λογικών πυλών για τα qubit GKP.
Το πετύχαμε ελέγχοντας με ακρίβεια τις φυσικές δονήσεις, ή αρμονικές ταλαντώσεις, ενός παγιδευμένου ιόντος με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούμε να χειριστούμε μεμονωμένα qubit GKP ή να τα διεμπλέξουμε ως ζεύγος.
Προς Κβαντικούς Υπολογιστές Με Κλιμακωσιμότητα
Ο συνδυασμός ελέγχων σε θερμοκρασία δωματίου, μιας λογικής πύλης μονοατομικού qubit και κώδικα μείωσης σφαλμάτων καθιστά αυτή την ανακάλυψη τόσο σημαντική.
Μαζί, αυτό ανοίγει το δρόμο για ένα νέο τύπο κβαντικού υπολογιστή με παγιδευμένα ιόντα, που θα μπορούσε να είναι πολύ πιο απλός στην κατασκευή και πολύ πιο εύκολος στην κλιμάκωση.
«Τα πειράματά μας πέτυχαν ένα κρίσιμο ορόσημο, αποδεικνύοντας ότι αυτοί οι υψηλής ποιότητας κβαντικοί έλεγχοι παρέχουν ένα βασικό εργαλείο για τη διαχείριση περισσότερων από ένα λογικό qubit.
Δοκιμάζοντας καθολικές κβαντικές πύλες χρησιμοποιώντας αυτά τα qubit, έχουμε μια βάση για την προώθηση της επεξεργασίας κβαντικής πληροφορίας μεγάλης κλίμακας με εξαιρετικά αποδοτικό υλικό.
Παράλληλα, έχουν γίνει πρόσφατα αρκετές νέες ανακαλύψεις που δείχνουν τη δυνατότητα διασύνδεσης κβαντικών υπολογιστών. Έτσι, αν κάθε ένας γίνεται πιο ισχυρός και τα κβαντικά δίκτυα πλησιάζουν στην πραγματικότητα, αυτό θα μπορούσε να δημιουργήσει μια έκρηξη στην αξιοποιήσιμη χωρητικότητα των qubit.
Κβαντικοί Υπολογιστές που Αποκτούν Νέα Φυσική
Οι κβαντικοί υπολογιστές μεγάλης κλίμακας πιθανότατα θα επαναστατικοποιήσουν την κρυπτογραφία και την επιστημονική έρευνα, χάρη στην τεράστια ικανότητά τους να λύνουν σύνθετα προβλήματα που είναι πολύ δύσκολα για υπολογιστές δυαδικού τύπου.
Αλλά μπορεί επίσης έμμεσα να ανοίξει έναν εντελώς νέο τρόπο για τους φυσικούς να μελετούν το κβαντικό πεδίο.
Αυτό προκύπτει από αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν στους κβαντικούς υπολογιστές της Google από ερευνητές του Princeton University, Cornell University, Purdue University, University of Nottingham (Ηνωμένο Βασίλειο), Technical University of Munich (Γερμανία) και Google Research, σύμφωνα με μια νέα δημοσίευση στο Nature2, με τίτλο “Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories”.
Μέτρηση Θεωρίας Γκαζ
Ο κβαντικός υπολογιστής της Google επιτρέπει στους ερευνητές να πειραματιστούν και να δοκιμάσουν τη λεγόμενη «Θεωρία Πλέγματος Γκαζ» (LGT), έναν τύπο κβαντικής θεωρίας πεδίου που υποστηρίζει την ύπαρξη πεδίων γκαζ (πεδία που μεταδίδουν δυνάμεις, όπως το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο) και βόζονων γκαζ (τα στοιχειώδη σωματίδια που μεταφέρουν αυτές τις δυνάμεις).
Πηγή: Nature
Η ομάδα έδειξε πώς τα σωματίδια και οι αόρατες «χορδές» που τα συνδέουν συμπεριφέρονται, κυμαίνονται και ακόμη και σπάζουν.
Πηγή: Nature
Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν σε αυτή τη μελέτη ότι αυτές οι «χορδές» μπορούν να μετρηθούν και να παρατηρηθούν σε κβαντικούς υπολογιστές.
«Αξιοποιώντας τη δύναμη του κβαντικού επεξεργαστή, μελετήσαμε τη δυναμική ενός συγκεκριμένου τύπου θεωρίας γκαζ και παρατηρήσαμε πώς τα σωματίδια και οι αόρατες «χορδές» που τα συνδέουν εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου.
Δημιουργώντας πολύ ελεγχόμενες συνθήκες για την παρατήρηση κβαντικών φαινομένων, χωρίς την ανάγκη των πολύ υψηλών ενεργειακών επιπέδων των επιταχυντών σωματιδίων, γίνεται σαφές ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορεί να γίνουν βασικά εργαλεία της θεμελιώδους φυσικής έρευνας.
«Η δουλειά μας δείχνει πώς οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να μας βοηθήσουν να εξερευνήσουμε τους θεμελιώδεις κανόνες που διέπουν το σύμπαν μας.
Προσομοιώνοντας αυτές τις αλληλεπιδράσεις στο εργαστήριο, μπορούμε να δοκιμάσουμε θεωρίες με νέους τρόπους.
Michael Knap, Καθηγητής Συλλογικής Κβαντικής Δυναμικής στο TUM School of Natural Sciences»
Το Μέλλον των Κβαντικών Υπολογιστών Με Κλιμακωσιμότητα
Το δυναμικό των κβαντικών υπολογιστών δεν έχει ακόμη κατανοηθεί πλήρως, καθώς επανεφευρίζονται συνεχώς από τις θεμελιώδεις αρχές τους, παρόμοια με το πώς οι πρώτοι υπολογιστές μεταφέρθηκαν από τρύπες καρτών σε λυχνίες κενού και στη συνέχεια σε πυριτιδίου τρανζίστορ. Εκτός από το ότι ο ρυθμός αλλαγής είναι πολύ πιο γρήγορος.
Αυτό υποδηλώνει ότι πολύ σύντομα, μπορεί να δούμε σημαντική πρόοδο στην κατασκευή μεγαλύτερων, πιο ισχυρών κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι ενδέχεται επίσης να συνδεθούν μεταξύ τους για ακόμη μεγαλύτερες δυνατότητες.
Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο όχι μόνο σε πολύ υψηλότερες υπολογιστικές δυνατότητες, αλλά και σε μια εντελώς νέα κατανόηση της ύλης και της κβαντικής φυσικής, με, για παράδειγμα, μια εντελώς νέα κατάσταση της ύλης όπως η πρόσφατα επιδεικνυόμενη «τοπολογική κατάσταση» από τις ομάδες κβαντικής υπολογιστικής της Microsoft (chip Majorana-1) (MSFT ).
Επένδυση στην Κβαντική Υπολογιστική
Honeywell / Quantinuum
HON Διάγραμμα τιμής
Ενώ ο κβαντικός υπολογιστής της Google μπορεί να αποκαλύψει νέες γνώσεις για τη θεωρία της κβαντικής φυσικής, η ανακάλυψη ενός ενδεχόμενου qubit 1-ατομίου με τεχνολογία παγιδευμένου ιόντος φαίνεται να φέρνει αυτή τη μέθοδο πολύ πιο κοντά στην εμπορική βιωσιμότητα σε σύγκριση με τους υπεραγωγικούς κβαντικούς υπολογιστές.
Η Quantinuum είναι το αποτέλεσμα της συγχώνευσης των Honeywell Quantum Solutions και Cambridge Quantum.
Η Honeywell παραμένει ο κύριος μέτοχος της εταιρείας (πιθανώς 52% ιδιοκτησίας) μετά από γύρο χρηματοδότησης που την αξιολόγησε στα 5 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.
Ένα ενδεχόμενο IPO της Quantinuum στο μέλλον, πιθανώς ως μέρος μιας μεγαλύτερης εταιρικής αναδιάρθρωσης, εκτιμάται ότι μπορεί να αξίζει έως και 20 δισεκατομμύρια δολάρια και ενδέχεται να πραγματοποιηθεί μεταξύ 2026 και 2027.
Η κβαντική υπολογιστική δεν αποτελεί το κεντρικό μέρος της επιχείρησης της Honeywell, η οποία εστιάζει περισσότερο σε προϊόντα στον αεροδιαστημικό τομέα, τον αυτοματισμό και τις εξειδικευμένες χημικές & υλικά.
Κάθε ένας από αυτούς τους τομείς μπορεί, ωστόσο, να ωφεληθεί από την κβαντική υπολογιστική, ειδικά 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 H2, ένα chip 56 qubit με παγιδευμένο ιόν, με πιστότητα πύλης δύο qubit 99,895%.
Η εταιρεία έχει επιδιώξει υπολογισμούς υψηλής ποιότητας με πολύ λίγα σφάλματα, περισσότερο από το να προσθέτει όσο το δυνατόν περισσότερα qubit, δημιουργώντας μια λεγόμενη «αξιοπρόσθετη κβαντική υπολογιστική».
Αυτή η προσέγγιση χαρακτηρίζεται από την εταιρεία ως «Καλύτερα qubit, καλύτερα αποτελέσματα», με παρόμοιο αριθμό qubit να επιτυγχάνει αποτελέσματα 100‑1.000 φορές πιο αξιόπιστα.
Πηγή: Quantinuum
Αυτό θα μπορούσε να κάνει αξιοσημείωτη διαφορά στην άμεση ανάγκη για κβαντικά ανθεκτική κρυπτογραφία, με την αμυντική εταιρεία Thales (HO.PA -0,96%) ήδη να συνεργάζεται με τη Quantinuum καθώς και τις διεθνείς τράπεζες HSBC και JP Morgan.
Η Quantinuum προσφέρει επίσης τη δική της ιδιόκτητη κβαντική υπολογιστική χημεία InQuanto, χρήσιμη για φαρμακευτικά, επιστήμες υλικών, χημικά, ενέργεια και αεροδιαστημικές εφαρμογές.
Όπως πολλές άλλες εταιρείες κβαντικής υπολογιστικής, η Quantinuum προσφέρει το Helios, μια «υποδομή-ως-υπηρεσία», επιτρέποντας στους χρήστες να επωφεληθούν από την κβαντική υπολογιστική χωρίς να χρειάζεται να αντιμετωπίσουν την πολυπλοκότητα της 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 τεχνολογία ελέγχου ηλεκτρονικών για να βοηθήσει στη δημιουργία της επόμενης γενιάς κβαντικών υπολογιστών με παγιδευμένα ιόντα.
Καθώς η ενσωματωμένη φωτονική τεχνολογία 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 chip φωτονικής‑κβαντικής τεχνολογίας με έμφαση στην AI.
Τους επόμενους μήνες, η Quantinuum θα μοιραστεί αποτελέσματα από τις τρέχουσες συνεργασίες, παρουσιάζοντας το πρωτοποριακό δυναμικό των κβαντικών προόδων στην Γενετική AI.
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.
Η Quantinuum Ανακοινώνει τη Γενετική Κβαντική AI Ανακάλυψη με Τεράστια Εμπορική Δυνατότητα
Περισσότερες τρέχουσες περιπτώσεις χρήσης θα μπορούσαν να ενισχύσουν σημαντικά την μελλοντική αξία της εταιρείας, και συνεπώς, το μερίδιο της Honeywell σε αυτήν, καθώς και το δυνητικό κέρδος που θα μπορούσαν να αποκομίσουν οι επενδυτές.
(Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για το υπόλοιπο των βιομηχανικών δραστηριοτήτων της Honeywell στην αυτοματοποίηση, τον αεροδιαστημικό τομέα και τα προηγμένα υλικά στην αναφορά αφιερωμένη στην εταιρεία).
Τελευταία Νέα και Εξελίξεις για τις Μετοχές της Honeywell (HON)
Μελέτες που Αναφέρονται
1. Matsos, V.G., Valahu, C.H., Millican, M.J. et al. Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits. Nature. Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, T.A., Jobst, B., Rosenberg, E. et al. Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9
