Laskenta
Valokorit voivat ratkaista kvanttitietokoneiden muistihaasteen
Pullotus: Miksi kvanttitietokoneet tarvitsevat uutta muistia
Jotta kvanttitietokone voisi alkaa käyttöön, jos ei säännöllisesti, ainakin luotettavasti, sen täytyy toistaa kvanttiyhteensopivilla komponenteilla suurin osa piisirujen (piisilaitteiden) suorittamista toiminnoista: ei pelkästään laskenta (prosessorit/piirit), vaan myös verkottuminen ja muisti.
Verkottuminen kehittyy. Olemme nähneet QNodeOS:n julkaisun, käyttöjärjestelmän omistettu kvanttiverkottumiseen, sekä massatuotettavat fotoniset piirit, erbium-nanofotoniset vahvistimet, ja kvanttiteleportaatio perinteisten optisten kuituverkkojen avulla.
Mutta muisti on ollut vaikeammin saavutettavissa, vaikka ääniaallot saattavat tarjota eräänlaisen hybridiratkaisun vakausongelmaan.
Tämä vaikeus johtuu siitä, että kubitit ovat äärimmäisen epävakaita, vaativat suprajohtavia materiaaleja, täydellistä eristystä ympäristön häiriöiltä ja erittäin kylmiä lämpötiloja.
Verkottuminen voi osittain auttaa lievittämään muistin puutetta siirtämällä tietoa muihin fyysisiin kubitteihin ryhmässä, mutta tämä vaihtoehto käy rajoilleen. Jossain vaiheessa monimutkaiset laskelmat vaativat pitkäkestoisen (kvanttistandardeilla mitattuna) muistikomponentin, joka pystyy säilyttämään kvanttitiedon luotettavasti.
Tämä on juuri se, mitä Saksan tutkijat Humboldt-Universität zu Berlinista, Stuttgardia yliopistosta ja Leibniz Institute of Photonic Technologyista näyttävät saavuttaneen.
He heijastivat nanoskalaisen “valokopin”, joka pystyy säilyttämään kvanttitiedon ennennäkemättömän pitkään. He julkaisevat löydöksensä tieteellisessä lehdessä Light: Science & Applications1, otsikolla “Light storage in light cages: a scalable platform for multiplexed quantum memories”.
Mitä nanoskalaisten “valokoppien” ovat?
Kvanttimuisti viittaa komponentteihin, jotka pystyvät tallentamaan ja säilyttämään koskemattoman kvanttitiedon (kubitit).
Käytännössä tämä toimii kuin RAM: ei pitkän aikavälin tietojen tallennukseen, vaan datan pitämiseen saatavilla seuraavaa laskentavaihetta varten.
Tämä vaatii kolme peräkkäistä vaihetta:
- Kvanttitilan kaappaaminen.
- Tilan tallentaminen vakaampaan muotoon kuin haihtuvat kubitit.
- Datan hakeminen jatkokäsittelyä varten.
Miten 3D-tulostetut valokorit toimivat
Saksalaisten tutkijoiden työn perusta on “valokoppi”. Nämä nanoskalaiset rakenteet on suunniteltu pitämään valoa ilman, että se menettää kvanttiominaisuuksiaan.
Lähde: Light
Tässä erityistapauksessa he käyttivät onttoytimisiä aallonjohtimia, jotka täytettiin cesiumatomien atomihöyryllä.
Rakenne itsessään rakennettiin nanoprinttaus-teknologialla, tarkemmin kahden fotonin polymerisaatio-litografialla kaupallisilla 3D-tulostusjärjestelmillä.
Pitääkseen pitkäaikaisen vakauden reaktiivisessa cesium-ympäristössä, rakenteet on päällystetty suojakerroksella, mikä osoittaa merkittävän kestävyyden – kulumisesta ei ole havaittu merkkejä edes viiden vuoden toiminnan jälkeen.
Lähde: Light
Edut perinteiseen kvanttimuistiin verrattuna
Tämä suunnittelu tarjoaa ainutlaatuisia etuja verrattuna aiempiin yrityksiin.
Ensinnäkin, nämä nanoprintatut rakenteet mahdollistavat nopean cesiumatomien diffuusion. Tämä vähentää ytimen täyttämiseen tarvittavaa aikaa atomihöyryllä kuukausista vain päiviin, säilyttäen samalla erinomaisen optisen kentän rajoittamisen.
Toiseksi, suunnittelu mahdollistaa ainutlaatuisen sivuttaisen pääsyn ytimen alueisiin, mikä helpottaa kvanttidatan hakemista tarvittaessa.
“Loimme ohjausrakenteen, joka mahdollistaa kaasujen ja nesteiden nopean diffuusion ytimen sisällä, 3D-nanoprinttausprosessin tarjoaman monipuolisuuden ja toistettavuuden ansiosta.
Tämä mahdollistaa alustan todellisen skaalautuvuuden, ei vain sirun sisäistä aallonjohtimien valmistusta vaan myös sirujen välistä, jolloin voidaan tuottaa useita siruja samalla suorituskyvyllä.”
Tämä skaalautuvuus tekee teollisen kaupallisen vaiheen saavuttamisesta paljon helpompaa. Se mahdollistaa useiden valokoppien sijoittamisen samalle sirulle, kasvattaen kvanttiprosessorin mahdollisen kokonaismuistin määrää. Yhden sirun sisäiset vaihtelut pidettiin alle 2 nanometrin, kun taas sirujen välisten erojen raja oli alle 15 nanometriä.
Koska tallennuskyky eri valokoppien välillä on minimaalinen ja tasainen, suunnittelu tarjoaa insinööreille luotettavia odotuksia.
Pyyhkäise vierittääksesi →
| Kvanttimuistin lähestymistapa | Tallennettu eksitaatio / Media | Tyypilliset käyttöolosuhteet | Skaalaus & Integraatio | Keskeiset kompromissit |
|---|---|---|---|---|
| Nanoprintatut “Valokorit” (tämä työ) | Ohjatut valopulssit, jotka on kartoitettu kollektiivisiin atomisiin eksitaatioihin (cesiumhöyry onttoytimissä) | Hieman yli huoneen lämpötilan toiminta; ei kylmätekniikkaa tai monimutkaista atomikytkentää kuvattu | 3D-nanoprinttaus (kaksifoton polymerisaatio) tukee toistettavia, monikanavaisia sirun sisäisiä rakenteita; sivupääsy ohjaukseen/lukemiseen | Tallennusajat tässä ovat satoja nanosekunteja; suurin arvo on valmistettavuus + monikanavointi + löyhemmät käyttöolosuhteet |
| Kylmäatomien ryhmämuistit | Atomiset eksitaatiot laserilla jäähdytetyissä atomipilvissä | Erittäin korkea vapaus, laserjäähdytys, loukkuoptikka (monimutkainen laboratorioinfrastruktuuri) | Korkea suorituskyky tutkimusympäristöissä; vaikeampi miniaturisoida ja ottaa käyttöön mittakaavassa verrattuna siru-ensimmäinen lähestymistapoihin | Erinomainen fysiikka, mutta järjestelmän monimutkaisuus ja jalanjälki voivat rajoittaa käytännön käyttöönottoa |
| Harvinaisten maametallien dopatut kiteet | Optiset eksitaatiot kiinteän tilan dopanteissa (esim. harvinaisten maametallien ionit) | Usein kriogeeninen parhaan koherenssin saavuttamiseksi; vakaat kiinteät aineet, mutta vaativat jäähdytyksen | Mahdollisesti kompaktit moduulit; integraatio riippuu fotoniikan pakkaamisesta ja kytkentähäviöistä | Vahva koherenssipotentiaali, mutta lämpötila/jäähdytys ja kytkentäteho ovat käytännön rajoitteita |
| Spin-pohjaiset muistit (NV-keskukset / spin-ryhmät) | Elektroni- / ydinspinitilat kiinteissä aineissa | Vaihtelee laajasti (usein hallitut ympäristöt; joskus kriogeeninen optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi) | Houkutteleva kiinteän tilan integraatioon; optiset liitännät ja valmistusprosentti voivat olla haastavia | Pitkäikäiset spin-tilat ovat lupaavia, mutta fotoni‑spin -rajapinta voi olla pullonkaula |
| Suprajohtavat resonatorimuistit | Mikroaaltofotoni/eksitaatiot suprajohtavissa piireissä | Kriogeeninen (laimennusjääkaappi) toiminta | Vahva yhteensopivuus suprajohtavien prosessorien kanssa; skaalautuvuus sidottu kriogeeniseen johdotukseen, lämpöbudjettiin ja jääkaapin kapasiteettiin | Tiukka integraatio nykyisten johtavien kvanttitasojen kanssa, mutta kriogeeninen tekniikka ja järjestelmätason monimutkaisuus ovat väistämättömiä |
Toinen merkittävä muutos verrattuna useimpaan kvanttitietokoneiden teknologiaan on, että valokopin muisti toimii hieman yli huoneen lämpötilan eikä vaadi kriogeenista jäähdytystä. Tämä tekee siitä paitsi luotettavamman, myös huomattavasti taloudellisemman.
Kuinka pitkään valokorit voivat tallentaa dataa?
Valokorit mahdollistavat erittäin tehokkaan muunnoksen ohjatuista valopulssista kollektiivisiin atomisiin eksitaatioihin. Optinen ohjauslaseri voi sitten vapauttaa valon pyynnöstä, noutaen datan jatkokvanttilaskentaa varten.
Tutkimusryhmä onnistui tallentamaan heikennettyjä valopulsseja, jotka sisälsivät vain muutaman fotonin, useiden satojen nanosekuntien ajan.
Lähde: Light
Vaikka tämä aikaväli saattaa vaikuttaa lyhyeltä, kvanttiverkottumisen ja fotonisen muistin termeissä se edustaa poikkeuksellisen pitkää ja vakaata tallennusaikaa, erityisesti huoneen lämpötilaan soveltuville järjestelmille.
Kvanttiverkkojen skaalaus optisella muistilla
Vaikka verkot ovat tähän mennessä auttaneet kompensoimaan muistin puutetta, luotettava muisti voisi päinvastoin auttaa luomaan monimutkaisempia verkkoja.
Luomalla luotettavan tallennuksen, kvanttimuisti voi toimia toistinosina, merkittävästi parantaen kvanttiverkon luotettavuutta ja kantamaa. Tämä on suuri askel kohti useiden kvanttisirujen verkottamista yhdeksi supertietokoneeksi sekä fyysisesti kaukana olevien kvanttitietokoneiden yhdistämistä.
Yhteenveto
Kvanttitietokoneet ovat edistyneet merkittävästi viime vuosina, verkottuminen ja suuremmat, skaalautuvat kvanttisirut kehittyvät. Täydellisen kvanttitietokoneen tai laajamittaisen kvanttiverkon puuttuva lenkki oli luotettavat muistikomponentit.
Näiden parannettujen valokoppien hyödyntäminen saattaa olla juuri avain kvanttitietokoneiden kehityksen nopeuttamiseen, kiitos sen edullisen ja luotettavan valmistusprosessin.
Seuraava askel on todennäköisesti käytännön testaus olemassa olevien kvantssisirujen kanssa sekä valmistusprosessin optimointi, jotta se voidaan integroida puolijohdevalimoiden vakiokäytäntöihin.
Kvanttitietokoneisiin sijoittaminen
Honeywell / Quantinuum (HON)
(HON )
Quantinuum on Honeywell Quantum Solutionsin ja Cambridge Quantumin fuusion tulos.
Honeywell on edelleen yhtiön enemmistöosakas (todennäköisesti 52 % omistus) rahoituskierroksen jälkeen, jonka arvo oli 10 miljardia dollaria. Perustaja Ilyas Khanin on raportoitu omistavan noin 20 % yhtiöstä. Muita osakkeenomistajia ovat JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM ja JP Morgan.
Quantinuumin mahdollinen listautuminen, mahdollisesti osana laajempaa yritysjärjestelyä, arvioidaan analyytikoiden mukaan olevan arvoltaan jopa 20 miljardia dollaria ja voisi tapahtua vuosina 2026–2027.
Kvanttitietokoneet eivät ole Honeywellin liiketoiminnan keskeinen osa, joka keskittyy enemmän ilmailuun, automaatioon sekä erikoiskemikaaleihin ja -materiaaleihin.
Kukin näistä aloista voisi kuitenkin hyötyä kvanttitietokoneista, erityisesti laskennallisesta kemiasta ja kvanttisyberkoulutuksesta, mikä voisi antaa Honeywellille etulyöntiaseman kilpailijoihinsa nähden.
Yhtiön nykyinen päämalli on Helios, H2:n seuraaja, ja “maailman tarkin kvanttitietokone”. Siinä on ennätyksellinen 98 täysin yhdistettyä fyysistä kubittia, yhden kubitin porttien tarkkuus 99,9975 % ja kahden kubitin porttien tarkkuus 99,921 % kaikilla kubittipareilla.
Hyödynsimme myös Heliosia suorittaaksemme laajamittaisia simulaatioita korkealämpötilaisen suprajohtavuuden ja kvanttimagnetismin alalla – molemmat selkeillä poluilla todellisiin teollisuuden sovelluksiin.
Yhtiö on pyrkinyt korkealaatuiseen laskentaan hyvin vähäisillä virheillä sen sijaan, että lisäisi mahdollisimman monta kubittia, luoden niin kutsutun “virheenkestävän kvanttilaskennan”.
Tätä lähestymistapaa yhtiö kutsuu “Paremmat kubitit, paremmat tulokset”, jolloin samanlainen kubittimäärä saavuttaa 100–1000-kertaisesti luotettavampia tuloksia.
Lähde: Quantinuum
Tämä voisi tehdä merkittävän eron kiireellisesti tarvittavassa kvanttivastaisessa kryptografiassa. Puolustusyritys Thales (HO.PA -0,96 %) on jo yhteistyössä Quantinuumin kanssa, samoin kansainväliset pankit kuten HSBC ja JP Morgan.
Quantinuum tarjoaa myös omaa kvanttisen laskennallisen kemian InQuanto, jota voidaan käyttää lääkekehityksessä, materiaalitieteissä, kemiallisissa, energia- ja ilmailusovelluksissa.
Kuten monet muutkin kvanttitietokoneyritykset, Quantinuum tarjoaa Heliosin “laitteisto palveluna”, mikä mahdollistaa käyttäjille kvanttilaskennan hyödyt ilman, että heidän tarvitsee itse hallita järjestelmän monimutkaisuutta.
Quantinuum allekirjoitti marraskuussa 2024 kumppanuuden saksalaisen Infineonin kanssa, Euroopan suurimman puolijohdevalmistajan. Infineon tuo integroidun fotoniikan ja ohjauselektroniikan teknologiansa auttaakseen luomaan seuraavan sukupolven ionikapseleita hyödyntäviä kvanttitietokoneita.
Kun integroidut fotoniikat lähestyvät käytännön käyttötapauksia, on nyt selvää, kuinka tärkeä tämä kumppanuus voi olla Quantinuumin tulevaisuudelle. Tässä vaiheessa näyttää siltä, että yhtiön seuraava askel on julkaista maailman ensimmäinen tekoälyyn keskittyvä fotoniikka‑kvantti‑siru.
Menevissä kuukausissa Quantinuum jakaa tuloksia käynnissä olevista yhteistyöprojekteista, esitellen kvanttipohjaisten edistysten mullistavaa potentiaalia generatiivisessa tekoälyssä.
Innovatiivinen Gen QAI -kyky parantaa ja nopeuttaa Metallisen Orgaanisen Kehikon (MOF) käyttöä lääkkeiden jakelussa, raivaten tietä tehokkaampiin ja henkilökohtaisempiin hoitovaihtoehtoihin, tarkemmat tiedot paljastetaan Heliosin lanseerauksessa.
Quantinuum Announces Generative Quantum AI Breakthrough with Massive Commercial Potential
Lisää käynnissä olevia käyttötapauksia voisi vahvasti nostaa yhtiön tulevaa arvoa, ja siten Honeywellin omistusta siinä.
Generatiivinen kvanttiai: AI:n täyden potentiaalin vapauttaminen
(Voit lukea lisää Honeywellin teollisista toimista automaatiossa, ilmailussa ja edistyneissä materiaaleissa omassa raportissaan täältä.)
Viimeisimmät Honeywell (HON) osakeuutiset ja kehitykset
Viitattu tutkimus
1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Light storage in light cages: a scalable platform for multiplexed quantum memories. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5
