Πληροφορική
Κλιμάκωση Κβαντικών Υπολογιστών με Μονοατομικά Qubits
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.
Qubit ενός ατόμου: Μια νέα εποχή για την κβαντική υπολογιστική
Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι εξαιρετικά πολύπλοκες μηχανές, που εκμεταλλεύονται μικροσκοπικές διακυμάνσεις στις συμπεριφορές μεμονωμένων ατόμων για υπολογισμούς. Ως εκ τούτου, αξιοποιούν και αποκαλύπτουν νέες γνώσεις σχετικά με την ίδια τη φύση του σύμπαντος σε ατομική και σε μεμονωμένη κλίμακα σωματιδίων.
Τέτοιες γνώσεις πιθανότατα θα απαιτηθούν για την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών σε μεγάλη κλίμακα, καθώς όσο πιο περίπλοκο είναι το σύστημα, τόσο πιο δύσκολο είναι να κατασκευαστεί αρκετά μεγάλο για πρακτικές χρήσεις.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ στην Αυστραλία κατάφεραν πρόσφατα να κωδικοποιήσουν πολλαπλά δεδομένα κβαντικών υπολογισμών σε ένα μόνο άτομο, φέρνοντας ενδεχομένως επανάσταση στο φυσικό μέγεθος των qubits κβαντικής υπολογιστικής (το κβαντικό ισοδύναμο των bits των «κανονικών» υπολογιστών).
Δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Nature Physics1, υπό τον τίτλο "Καθολική κβαντική πύλη που έχει οριστεί για λογικά qubits Gottesman–Kitaev–Preskill".
Κάνοντας το Qubit αξιόπιστο
Προς το παρόν, τα qubits παράγονται είτε μέσω μιας μεθόδου που ονομάζεται «παγιδευμένο ιόν» είτε με τη χρήση εξαιρετικά ψυχρών υπεραγώγιμων υλικών.
Πηγή: Forbes
Και οι δύο μέθοδοι έχουν τους περιορισμούς τους:
- Τα παγιδευμένα ιόντα περιέχουν μόνο μια χούφτα qubits, αλλά είναι πιο αξιόπιστα και παράγουν λιγότερα σφάλματα.
- Τα υπεραγώγιμα υλικά έχουν περισσότερα qubits και αναμένεται να είναι πιο εύκολο να επεκταθούν σε κλίμακα, αλλά είναι πιο επιρρεπή σε σφάλματα.
Και στις δύο περιπτώσεις, το ποσοστό σφάλματος επηρεάζει την αναλογία φυσικών προς λογικά qubits ή την ποσότητα των φυσικών qubits που απαιτούνται για τη δημιουργία ενός λειτουργικού qubit από υπολογιστικής άποψης.
Καθώς ο αριθμός των χρήσιμων (ή λογικών) qubits αυξάνεται, ο αριθμός των φυσικών qubits που απαιτούνται αυξάνεται ακόμη περισσότερο. Καθώς αυτό αυξάνεται, ο τεράστιος αριθμός qubits που απαιτούνται για τη δημιουργία μιας χρήσιμης κβαντικής μηχανής μετατρέπεται σε εφιάλτη της μηχανικής.
Έτσι, η βελτίωση της αντοχής των κβαντικών υπολογιστών στα σφάλματα είναι ίσως το πιο σημαντικό έργο των ερευνητών στον τομέα αυτή τη στιγμή, καθώς θα άρει το κύριο εμπόδιο στην κατασκευή χρήσιμων κβαντικών υπολογιστών μεγάλης κλίμακας.
Σύρετε για κύλιση →
| Τύπος Qubit | Απεριόριστες δυνατότητες | Ποσοστό σφάλματος | Θερμοκρασία |
|---|---|---|---|
| Παγιδευμένος Ίων | Χαμηλό (λίγα qubits) | Χαμηλός | Θερμοκρασία δωματίου |
| Υπεραγώγιμα | Ψηλά | Ψηλά | Κοντά στο απόλυτο μηδέν |
| Μονο-Ατόμιο (Σίδνεϊ) | Δυνητικά υψηλό | Διορθώσιμο με GKP | Θερμοκρασία δωματίου |
Συρρίκνωση Qubits
Οι Αυστραλοί ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα κβαντικό υπολογιστικό σύστημα παγιδευμένων ιόντων (με ένα φορτισμένο άτομο υττερβίου) και μια μορφή κωδικοποίησης δεδομένων που ονομάζεται κώδικας Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP).
Το GKP είναι ένας τύπος κώδικα που αναμένεται να βοηθήσει στη διόρθωση σφαλμάτων στους κβαντικούς υπολογιστές. Αλλά η δημιουργία ενός στην πράξη ήταν μέχρι στιγμής δύσκολη.
Το κλειδί είναι να δημιουργηθεί μια «λογική πύλη», ένας διακόπτης πληροφοριών που επιτρέπει στους υπολογιστές - κβαντικούς και κλασικούς - να είναι προγραμματιζόμενοι.
Χρησιμοποιώντας ένα λογισμικό κβαντικού ελέγχου που αναπτύχθηκε από την Q-CTRL, μια νεοσύστατη εταιρεία του Εργαστηρίου Κβαντικού Ελέγχου, οι ερευνητές κωδικοποίησαν τα δεδομένα σε ένα μόνο άτομο, σε 3D.
Στην ουσία, δύο σύνολα δεδομένων αποθηκεύονται ως η δόνηση ενός μόνο ατόμου, ένα σύνολο ως η δόνηση από «αριστερά προς τα δεξιά» και ένα ως η δόνηση από «πάνω και κάτω».
«Ουσιαστικά, αποθηκεύουμε δύο λογικά qubits που διορθώνονται από σφάλματα σε ένα μόνο παγιδευμένο ιόν και επιδεικνύουμε εμπλοκή μεταξύ τους.»
Βασίλης Μάτσος – Διδάκτωρ στη Σχολή Φυσικής και στο Sydney Nano
Κατασκευή μιας μονοατομικής λογικής πύλης
Για να εκτελέσουν αυτό το κατόρθωμα της κβαντικής φυσικής, χρησιμοποίησαν μια σύνθετη διάταξη λέιζερ σε θερμοκρασία δωματίου για να συγκρατήσουν το μεμονωμένο άτομο στην παγίδα, επιτρέποντας τον έλεγχο και τη χρήση των φυσικών δονήσεών του για την παραγωγή των σύνθετων κωδικών GKP.
Πηγή: Φυσική της Φύσης
Το κομμάτι της «θερμοκρασίας δωματίου» είναι πολύ σημαντικό, καθώς το καθιστά εγγενώς ευκολότερο και φθηνότερο στην εκτέλεση από τους υπεραγώγιμους 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 qubits GKP.»
Το κάναμε αυτό ελέγχοντας με ακρίβεια τις φυσικές δονήσεις, ή τις αρμονικές ταλαντώσεις, ενός παγιδευμένου ιόντος με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούμε να χειριστούμε μεμονωμένα qubits GKP ή να τα εμπλέκουμε ως ζεύγος.
Προς κλιμακωτούς κβαντικούς υπολογιστές
Είναι ο συνδυασμός των ελέγχων θερμοκρασίας δωματίου, μιας μονοατομικής λογικής πύλης και του κώδικα μείωσης σφαλμάτων που καθιστά αυτή την ανακάλυψη τόσο σημαντική.
Μαζί, αυτό ανοίγει τον δρόμο για έναν νέο τύπο κβαντικού υπολογιστή παγιδευμένων ιόντων που θα μπορούσε να είναι πολύ πιο απλός στην κατασκευή και πολύ πιο εύκολος στην κλιμάκωση.
«Τα πειράματά μας πέτυχαν ένα βασικό ορόσημο, αποδεικνύοντας ότι αυτοί οι κβαντικοί έλεγχοι υψηλής ποιότητας παρέχουν ένα βασικό εργαλείο για τον χειρισμό περισσότερων από ενός λογικού qubit.»
Επιδεικνύοντας καθολικές κβαντικές πύλες χρησιμοποιώντας αυτά τα qubits, έχουμε μια βάση για να εργαστούμε προς την κατεύθυνση της επεξεργασίας κβαντικών πληροφοριών μεγάλης κλίμακας με έναν τρόπο εξαιρετικά αποδοτικό από άποψη υλικού.
Παράλληλα, έχουν γίνει πρόσφατα αρκετές νέες ανακαλύψεις που δείχνουν τις δυνατότητες διασύνδεσης κβαντικών υπολογιστών. Έτσι, εάν ο καθένας από αυτούς γίνει πιο ισχυρός και τα κβαντικά δίκτυα πλησιάζουν περισσότερο στην πραγματικότητα, αυτό θα μπορούσε να συμβάλει στη δημιουργία μιας έκρηξης στην αξιοποιήσιμη χωρητικότητα των qubit.
Κβαντικοί Υπολογιστές Ξεκλειδώνουν Νέα Φυσική
Οι κλιμακωτοί κβαντικοί υπολογιστές είναι πιθανό να φέρνουν επανάσταση στην κρυπτογραφία και την επιστημονική έρευνα, χάρη στην τεράστια ικανότητά τους να επιλύουν πολύπλοκα προβλήματα που είναι πολύ δύσκολα να υπολογιστούν με δυαδικούς υπολογιστές.
Αλλά θα μπορούσε επίσης έμμεσα να ανοίξει έναν εντελώς νέο δρόμο για τους φυσικούς να μελετήσουν το κβαντικό βασίλειο.
Αυτό φαίνεται από αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν στους κβαντικούς υπολογιστές της Google από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πρίνστον, του Πανεπιστημίου Κορνέλ, του Πανεπιστημίου Πέρντιου, του Πανεπιστημίου του Νότιγχαμ (Ηνωμένο Βασίλειο), του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (Γερμανία) και της Google Research, σύμφωνα με νέα δημοσίευση στο Nature.2, με τίτλο «Οπτικοποίηση της δυναμικής των φορτίων και των χορδών σε θεωρίες βαθμίδας πλέγματος (2 + 1)D".
Θεωρία μετρήσεων
Ο κβαντικός υπολογιστής της Google επιτρέπει στους ερευνητές να πειραματιστούν και να δοκιμάσουν τη λεγόμενη «Θεωρία Πλέγματος-Περιγράμματος» (LGT), έναν τύπο κβαντικής θεωρίας πεδίου που υποθέτει την ύπαρξη πεδίων-περιγράμματος (πεδία που μεσολαβούν σε δυνάμεις, όπως το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο) και μποζονίων-περιγράμματος (τα στοιχειώδη σωματίδια που φέρουν αυτές τις δυνάμεις).
Πηγή: Φύση
Η ομάδα έδειξε πώς συμπεριφέρονται, κυμαίνονται, ακόμη και σπάνε τα σωματίδια και οι αόρατες «χορδές» που τα συνδέουν.
Πηγή: Φύση
Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν σε αυτή τη μελέτη ότι αυτές οι «χορδές» μπορούσαν να μετρηθούν και να παρατηρηθούν σε κβαντικούς υπολογιστές.
«Αξιοποιώντας τη δύναμη του κβαντικού επεξεργαστή, μελετήσαμε τη δυναμική ενός συγκεκριμένου τύπου θεωρίας βαθμίδας και παρατηρήσαμε πώς τα σωματίδια και οι αόρατες «χορδές» που τα συνδέουν εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου».
Δημιουργώντας πολύ ελεγχόμενες καταστάσεις στις οποίες μπορούν να παρατηρηθούν κβαντικά φαινόμενα, χωρίς να απαιτούνται τα πολύ υψηλά επίπεδα ενέργειας των επιταχυντών σωματιδίων, γίνεται σαφές ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να γίνουν βασικά εργαλεία της έρευνας στη θεμελιώδη φυσική.
«Η εργασία 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 Κβαντομηχανικής στη Σχολή Φυσικών Επιστημών του TUM
Το μέλλον των κλιμακωτών κβαντικών υπολογιστών
Οι δυνατότητες των κβαντικών υπολογιστών δεν έχουν ακόμη κατανοηθεί πλήρως, καθώς επανεφευρίσκονται τακτικά από τις θεμελιώδεις αρχές τους, όπως ακριβώς οι πρώτοι υπολογιστές μεταπήδησαν από τις κάρτες διάτρησης σε λυχνίες κενού και στη συνέχεια σε τρανζίστορ πυριτίου. Εκτός του ότι ο ρυθμός της αλλαγής είναι πολύ ταχύτερος.
Αυτό υπονοεί ότι πολύ σύντομα, ίσως δούμε σημαντική πρόοδο στην κατασκευή μεγαλύτερων, πιο ισχυρών κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι θα μπορούσαν επίσης να δικτυωθούν για ακόμη μεγαλύτερες χωρητικότητες.
Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο όχι μόνο για πολύ υψηλότερες υπολογιστικές δυνατότητες, αλλά και για μια εντελώς νέα κατανόηση των υλικών και της κβαντικής φυσικής, με, για παράδειγμα, μια εντελώς νέα κατάσταση της ύλης όπως η πρόσφατα αποδεδειγμένη «τοπολογική κατάσταση» από ομάδες κβαντικής υπολογιστικής της Microsoft (τσιπ Majorana-1).
Επενδύοντας στην Κβαντική Υπολογιστική
Honeywell / Quantinuum
(HON )
Ενώ ο κβαντικός υπολογιστής της Google μπορεί να αποκαλύψει νέες γνώσεις σχετικά με τη θεωρία της κβαντικής φυσικής, η ανακάλυψη ενός πιθανού qubit 1 ατόμου που χρησιμοποιεί τεχνολογία παγιδευμένων ιόντων φαίνεται να καθιστά αυτή τη μέθοδο πολύ πιο κοντά στην εμπορική βιωσιμότητα από τους υπεραγώγιμους κβαντικούς υπολογιστές.
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 5 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 δημόσια εγγραφή της Quantinuum στο μέλλον, ενδεχομένως ως μέρος μιας μεγαλύτερης εταιρικής αναδιάρθρωσης, εκτιμάται 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, αλλά 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 το H2, ένα τσιπ παγιδευμένων ιόντων 56-qubit, με πιστότητα πύλης δύο-qubit 99.895%.
Η εταιρεία έχει επιδιώξει την ανάπτυξη υπολογιστών υψηλής ποιότητας με πολύ λίγα σφάλματα, κάτι που ξεπερνά την προσθήκη όσο το δυνατόν περισσότερων qubits, δημιουργώντας έναν λεγόμενο «κβαντικό υπολογιστή ανεκτικό σε σφάλματα».
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 επειγόντως απαραίτητη κβαντικά ανθεκτική κρυπτογραφία, με την αμυντική εταιρεία Thales (ΧΟ.ΠΑ -0.96%) συνεργάζεται ήδη με την Quantinuum καθώς οι διεθνείς τράπεζες 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, ένα «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 όλο και 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, τη συμμετοχή της Honeywell σε αυτήν, καθώς και το πιθανό κέρδος που θα μπορούσαν να αποκομίσουν οι επενδυτές από αυτήν.
(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)
Μελέτες στις οποίες γίνεται αναφορά
1. Matsos, VG, Valahu, CH, Millican, MJ et al. Καθολικό σύνολο κβαντικών πυλών για λογικά qubits Gottesman–Kitaev–Preskill. Φύση. Φυσική. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, TA, Jobst, Β., Rosenberg, Ε. et αϊ. Οπτικοποίηση της δυναμικής των φορτίων και των χορδών σε θεωρίες βαθμίδας πλέγματος (2 + 1)D. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9
