Tietojenkäsittely
Kvanttitietokoneiden skaalaaminen yhden atomin kubiteilla
Securities.io noudattaa tiukkoja toimituksellisia standardeja ja voi saada korvausta tarkistetuista linkeistä. Emme ole rekisteröity sijoitusneuvoja, eikä tämä ole sijoitusneuvontaa. Katso lisätietoja tytäryhtiöiden ilmoittaminen.
Yhden atomin kubitit: uusi aikakausi kvanttilaskennassa
Kvanttitietokoneet ovat erittäin monimutkaisia koneita, jotka hyödyntävät yksittäisten atomien käyttäytymisen pieniä vaihteluita laskennassa. Sellaisenaan ne sekä hyödyntävät että paljastavat uusia näkemyksiä maailmankaikkeuden luonteesta atomien ja yksittäisten hiukkasten tasolla.
Tällaisia näkemyksiä tarvitaan todennäköisesti laajamittaisten kvanttitietokoneiden rakentamiseen, sillä mitä monimutkaisempi järjestelmä on, sitä vaikeampaa sitä on rakentaa riittävän suuri käytännön käyttöön.
Sydneyn yliopiston tutkijat Australiassa ovat äskettäin onnistuneet koodaamaan useita kvanttilaskentadataa yhteen atomiin, mikä saattaa mullistaa kvanttilaskennan kubitien (normaalien tietokoneiden bittien kvanttiekvivalentti) fyysisen koon.
He julkaisivat tuloksensa arvostetussa Nature Physics -tieteellisessä lehdessä.1, otsikon alla "Universaali kvanttiporttisarja Gottesman–Kitaev–Preskill-loogisille kubiteille".
Qubitin luotettavuuden parantaminen
Tällä hetkellä kubitteja tuotetaan joko "loukkuun jääneillä ioneilla" tai käyttämällä erittäin kylmiä suprajohtavia materiaaleja.
Lähde: Forbes
Molemmilla menetelmillä on omat rajoituksensa:
- Loukkuun jääneet ionit sisältävät vain kourallisen kubitteja, mutta ovat luotettavampia ja tuottavat vähemmän virheitä.
- Suprajohtavissa materiaaleissa on enemmän kubitteja ja niiden odotetaan olevan helpompia skaalata ylös, mutta ne ovat alttiimpia virheille.
Molemmissa tapauksissa virhesuhde vaikuttaa fyysisten ja loogisten kubitien suhteeseen eli fyysisten kubitien määrään, joka tarvitaan toiminnallisen kubitin luomiseksi laskennan näkökulmasta.
Hyödyllisten (tai loogisten) kubitien määrän kasvaessa tarvittavien fyysisten kubitien määrä kasvaa entisestään. Skaalautuessa hyödyllisen kvanttikoneen luomiseen tarvittavien kubitien valtavasta määrästä tulee insinööritaidon painajainen.
Kvanttitietokoneiden virheidensietokyvyn parantaminen on siis kenties alan tutkijoiden tärkein tehtävä tällä hetkellä, sillä se poistaisi tärkeimmän esteen hyödyllisten laajamittaisten kvanttitietokoneiden rakentamiselta.
Pyyhkäise vierittääksesi →
| Kubitin tyyppi | skaalautuvuus | Virheaste | Lämpötila |
|---|---|---|---|
| Loukkuun jäänyt ioni | Matala (muutama kubitti) | Matala | Huonelämpötila |
| Suprajohtava | Korkea | Korkea | Lähellä absoluuttista nollaa |
| Yksittäisatomi (Sydney) | Mahdollisesti korkea | Korjattavissa GKP:llä | Huonelämpötila |
Kutistetaan kubitteja
Australialaiset tutkijat käyttivät loukkuun jääneen ionin (jossa oli varattu ytterbiumatomi) kvanttilaskentajärjestelmää ja Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) -koodia.
GKP on eräänlainen koodi, jonka odotetaan auttavan korjaamaan kvanttitietokoneiden virheitä. Mutta sellaisen luominen käytännössä on tähän mennessä ollut vaikeaa.
Avain on luoda "logiikkaportti", informaatiokytkin, joka mahdollistaa tietokoneiden – kvantti- ja klassisten – ohjelmoinnin.
Kvanttisäätölaboratoriosta lähteneen startup-yrityksen Q-CTRL:n kehittämän kvanttisäätöohjelmiston avulla tutkijat koodasivat tiedot yhdeksi atomiksi 3D-muodossa.
Pohjimmiltaan kaksi datajoukkoa tallennetaan yhden atomin värähtelynä, toinen värähtelynä "vasemmalta oikealle" ja toinen värähtelynä "ylhäältä alas".
"Käytännössä tallennamme kaksi virheenkorjattavissa olevaa loogista kubittia yhteen loukkuun jääneeseen ioniin ja osoitamme niiden välisen kietoutumisen."
Vassili Matsos – tohtoriopiskelija fysiikan laitoksella ja Sydney Nanossa
Yhden atomin logiikkaportin rakentaminen
Suorittaakseen tuon kvanttifysiikan saavutuksen he käyttivät monimutkaista lasereita huoneenlämmössä pitääkseen yksittäisen atomin loukussa, jolloin sen luonnollisia värähtelyjä voitiin hallita ja hyödyntää monimutkaisten GKP-koodien tuottamiseen.
Lähde: Luontofysiikka
”Huoneenlämpötila” on erittäin tärkeä, koska se tekee siitä luonnostaan helpomman ja halvemman suorittaa kuin absoluuttisen nollapisteen lähellä olevaa lämpötilaa ja nestemäistä heliumia vaativat suprajohtavat kvanttitietokoneet.
”Kokeilumme ovat osoittaneet ensimmäisenä toteutuksen universaalista loogisesta porttijoukosta GKP-kubiteille.”
Teimme tämän kontrolloimalla tarkasti loukkuun jääneen ionin luonnollisia värähtelyjä eli harmonisia värähtelyjä siten, että voimme manipuloida yksittäisiä GKP-kubitteja tai kietoa ne pariksi.”
Kohti skaalautuvia kvanttitietokoneita
Huoneenlämpötilan säätöjen, yhden atomin logiikkaportin ja virheiden vähentämiskoodin yhdistelmä tekee tästä löydöstä niin tärkeän.
Yhdessä tämä avaa tien uudentyyppiselle loukkuun jääneiden ionien kvanttitietokoneelle, joka voisi olla paljon yksinkertaisempi rakentaa ja paljon helpompi skaalata.
”Kokeilumme saavuttivat tärkeän virstanpylvään osoittamalla, että nämä korkealaatuiset kvanttikontrollit tarjoavat keskeisen työkalun useamman kuin vain yhden loogisen kubitin manipulointiin.”
Demonstroimalla universaaleja kvanttiportteja näiden kubitien avulla, meillä on pohja työskennellä kohti laajamittaista kvantti-informaation käsittelyä erittäin laitteistotehokkaalla tavalla.
Samaan aikaan on viime aikoina tehty useita uusia löytöjä, jotka osoittavat kvanttitietokoneiden yhteenliittämisen potentiaalin. Jos jokainen niistä siis tehostuu ja kvanttiverkot pääsevät lähemmäksi todellisuutta, tämä voisi auttaa luomaan räjähdysmäisen kasvun käytettävissä olevassa kubittikapasiteetissa.
Kvanttitietokoneet avaavat uusia fysiikkamalleja
Skaalatut kvanttitietokoneet tulevat todennäköisesti mullistamaan kryptografian ja tieteellisen tutkimuksen, koska ne pystyvät ratkaisemaan monimutkaisia ongelmia, jotka ovat liian vaikeita laskea binääritietokoneilla.
Mutta se voisi myös epäsuorasti avata fyysikoille täysin uuden tavan tutkia kvanttimaailmaa.
Näin käy ilmi Googlen kvanttitietokoneilla tehdyistä analyyseistä, joita ovat tehneet Princetonin yliopiston, Cornellin yliopiston, Purduen yliopiston, Nottinghamin yliopiston (Iso-Britannia), Münchenin teknillisen yliopiston (Saksa) ja Google Researchin tutkijat, ilmenee Nature-lehdessä julkaistusta uudesta julkaisusta.2, nimeltään “Varausten ja säieiden dynamiikan visualisointi (2 + 1)D-hilamittateorioissa".
Mittausmittarin teoria
Googlen kvanttitietokone antaa tutkijoille mahdollisuuden kokeilla ja testata niin kutsuttua "hilamittateoriaa" (LGT). Se on kvanttikenttäteorian tyyppi, joka olettaa mittakenttien (voimia välittävien kenttien, kuten sähkömagneettisen kentän) ja mittabosonien (näitä voimia kuljettavien alkeishiukkasten) olemassaolon.
Lähde: luonto
Tiimi osoitti, miten hiukkaset ja niitä yhdistävät näkymättömät "säikeet" käyttäytyvät, vaihtelevat ja jopa katkeavat.
Lähde: luonto
Tutkijat vahvistivat tuossa tutkimuksessa, että näitä "säikeitä" voitiin mitata ja havaita kvanttitietokoneilla.
”Kvanttiprosessorin tehoa hyödyntäen tutkimme tietyn tyyppisen mittateorian dynamiikkaa ja havaitsimme, miten hiukkaset ja niitä yhdistävät näkymättömät 'säikeet' kehittyvät ajan myötä.”
Luomalla erittäin kontrolloituja tilanteita kvantti-ilmiöiden havaitsemiseksi ilman hiukkaskiihdyttimien erittäin korkeita energiatasoja, käy selväksi, että kvanttitietokoneista voi tulla keskeisiä työkaluja perusfysiikan tutkimuksessa.
”Työmme osoittaa, kuinka kvanttitietokoneet voivat auttaa meitä tutkimaan maailmankaikkeuttamme hallitsevia perussääntöjä.”
Simuloimalla näitä vuorovaikutuksia laboratoriossa voimme testata teorioita uusilla tavoilla.
Michael Knap, kollektiivisen kvanttidynamiikan professori TUM:n luonnontieteiden tiedekunnassa
Skaalautuvien kvanttitietokoneiden tulevaisuus
Kvanttitietokoneiden potentiaalia ei ole vielä täysin ymmärretty, sillä niitä kehitellään jatkuvasti uudelleen perusperiaatteistaan, aivan kuten ensimmäiset tietokoneet siirtyivät reikäkorteista tyhjiöputkiin ja sitten piitransistoreihin. Paitsi että muutosvauhti on paljon nopeampi.
Se viittaa siihen, että pian saatamme nähdä merkittävää edistystä suurempien ja tehokkaampien kvanttitietokoneiden valmistuksessa, jotka voitaisiin myös verkottaa yhteen entistä suuremman kapasiteetin saavuttamiseksi.
Tämä voisi avata tietä paitsi paljon suuremmille laskentakapasiteeteille, myös täysin uudelle ymmärrykselle aineista ja kvanttifysiikasta, esimerkiksi täysin uudella aineen olomuodolla, kuten Microsoftin kvanttilaskentatiimien äskettäin osoittama "topologinen tila" (Majorana-1-siru).
Kvanttilaskentaan investoiminen
Honeywell / Quantinuum
(HON )
Vaikka Googlen kvanttitietokone saattaa paljastaa uutta tietoa kvanttifysiikan teoriasta, potentiaalisen yhden atomin kubitin löytäminen loukkuun jääneen ioniteknologian avulla näyttää tekevän tästä menetelmästä paljon lähempänä kaupallista kannattavuutta kuin suprajohtavat kvanttitietokoneet.
Quantinuum on tulos Honeywell Quantum Solutionsin ja Cambridge Quantumin yhdistämisestä.
Honeywell on edelleen yhtiön enemmistöosakas (todennäköisesti 52 prosentin omistusosuudella) varainkeruukierroksen jälkeen sen arvoksi 5 miljardia dollariaPerustaja Ilyas Khanin kerrotaan omistavan noin 20 % yhtiöstä. Muita osakkeenomistajia ovat JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM ja JP Morgan.
Quantinuumin mahdollinen listautuminen tulevaisuudessa, mahdollisesti osana suurempaa yritysjärjestelyä, sen arvoksi arvioidaan jopa 20 miljardia dollaria ja saattaa tapahtua vuosien 2026 ja 2027 välillä.
Kvanttilaskenta ei ole Honeywellin liiketoiminnan keskeinen osa, vaan se keskittyy enemmän ilmailu- ja avaruusteollisuuden, automaation sekä erikoiskemikaalien ja -materiaalien tuotteisiin.
Kukin näistä alueista voisi kuitenkin hyötyä kvanttilaskennasta, erityisesti laskennallinen kemia ja kvanttitietoturva, mikä voi antaa Honeywellille etulyöntiaseman kilpailijoihinsa nähden.
Yrityksen päämalli on tällä hetkellä H2, loukkuun jääneillä ioneilla varustettu 56-kubittinen siru, jonka kahden kubitin porttitarkkuus on 99.895 %.
Yritys on pyrkinyt korkealaatuiseen laskentaan, jossa on hyvin vähän virheitä, pikemminkin kuin lisäämällä mahdollisimman monta kubittia, luoden niin sanotun "vikasietoisen kvanttilaskennan".
Yritys on nimennyt tämän lähestymistavan "Paremmilla kubiteilla, paremmilla tuloksilla", ja vastaavalla määrällä kubitteja saadaan 100–1,000 XNUMX kertaa luotettavampia tuloksia.
Lähde: Kvanttiuumi
Tämä voisi tehdä merkittävän eron kiireellisesti kaivatussa kvanttiresistentissä kryptografiassa, puolustusyhtiö Thalesin mukaan (HO.PA -0.96 %) tekee jo yhteistyötä Quantinuumin kanssa sekä kansainväliset pankit HSBC ja JP Morgan.
Quantinuum tarjoaa myös patentoitua kvanttilaskennallista kemiaa InQuanto, jota voidaan käyttää lääkkeissä, materiaalitieteissä, kemikaaleissa, energiassa ja ilmailusovelluksissa.
Kuten monet muutkin kvanttilaskentayritykset, Quantinuum tarjoaa Helios-nimisen laitteiston palveluna, jonka avulla käyttäjät voivat hyötyä kvanttilaskennasta ilman, että heidän tarvitsee itse käsitellä järjestelmän monimutkaisuutta.
Quantinuum allekirjoitti marraskuussa 2024 kumppanuussopimuksen saksalaisen Infineonin kanssa, Euroopan suurin puolijohteiden valmistaja. Infineon tuo integroidun fotoniikka- ja ohjauselektroniikkateknologiansa auttamaan seuraavan sukupolven loukkuun jäävien kvanttitietokoneiden luomisessa.
Integroidun fotoniikan lähestyessä käytännön sovelluskohteita on nyt selvää, kuinka tärkeä tämä kumppanuus voi olla Quantinuumin tulevaisuudelle. Tässä vaiheessa näyttää siltä, että yrityksen seuraava askel on julkaista maailman ensimmäinen tekoälyyn keskittyvä fotoniikka-kvanttisiru.
Lähikuukausina Quantinuum jakaa tuloksia meneillään olevista yhteistyöprojekteistaan ja esittelee kvanttipohjaisten kehitysten uraauurtavaa potentiaalia generatiivisessa tekoälyssä.
Innovatiivinen Gen QAI -ominaisuus parantaa ja nopeuttaa metallisten orgaanisten kehysten käyttöä lääkkeiden annostelussa, mikä avaa tien tehokkaammille ja yksilöllisemmille hoitovaihtoehdoille. Yksityiskohdat paljastetaan Heliosin lanseerauksen yhteydessä.
Käynnissä olevat käyttötapaukset voisivat merkittävästi nostaa yrityksen tulevaa arvoa ja siten Honeywellin omistusta siinä sekä sijoittajien potentiaalista voittoa.
(Voit lukea lisää Honeywellin muut teolliset toiminnot automaatiossa, ilmailu- ja avaruustekniikassa sekä edistyneissä materiaaleissa yhtiölle omistetussa raportissa).
Honeywellin (HON) viimeisimmät osakeuutiset ja -kehitys
Viitatut tutkimukset
1. Matsos, VG, Valahu, CH, Millican, MJ ym. Universaali kvanttiporttijoukko Gottesman–Kitaev–Preskill-loogisille kubiteille. Nature. Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, TA, Jobst, B., Rosenberg, E. et ai. Varausten ja säieiden dynamiikan visualisointi (2 + 1)D-hilamittateorioissa. Luonto 642, 315 – 320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9
