Nuova Metasuperficie Crea Fonte di Luce Quantistica Scalabile

Risoluzione della Luce Quantistica

Quantum computing holds many promises, from solving otherwise impossible-to-compute calculations, potentially even breaking all existing forms of encryption along the way, to creating ultra-efficient computers from an energy consumption point of view.

Se i computer quantistici diventassero sufficientemente potenti, potrebbero rivoluzionare completamente la medicina tramite il calcolo istantaneo della configurazione 3D delle proteine, le scienze dei materiali, la modellazione climatica, o persino l’addestramento delle IA.

Molto probabilmente, la comunicazione tra chip quantistici e computer quantistici avverrà tramite l’uso della particella elementare della luce: i fotoni.

Più precisamente, fotoni intrecciati, che interagiscono tra loro tramite effetti quantistici, anche quando sono separati. Soprattutto ora che è stato dimostrato che possiamo utilizzare fibre ottiche normali per trasmettere dati quantistici per almeno decine di chilometri.

Tuttavia, produrre fotoni intrecciati è stata una grande sfida e ostacola la possibilità di scalare i computer quantistici a una dimensione, affidabilità e costo tali da renderli utili.

Sono in sviluppo soluzioni alternative, ad esempio la produzione di fotoni singoli da una sorgente di fotoni imperfetta, tramite ottica non lineare e teletrasporto di fotoni singoli. Incrementare l’efficienza delle sorgenti luminose usando l’erbio è un’altra opzione potenziale.

Ma in definitiva, molte di queste soluzioni potrebbero essere troppo complesse per risolvere il problema, motivo per cui un metamateriale di nuova concezione potrebbe cambiare il futuro dei computer quantistici. Questo componente su scala nanometrica, capace di trasferire in luce informazioni quantistiche scalabili e a bassa decoerenza, è stato sviluppato da ricercatori dell’Università di Harvard e pubblicato nella prestigiosa rivista Science¹ con il titolo “Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference”.

Sorgenti di Luce Quantistica

Per trasferire dati tra i sottocomponenti di un computer quantistico e tra diversi computer quantistici, i dati quantistici devono essere preservati. Questo avviene normalmente mediante la creazione di particelle intrecciate, in particolare fotoni.

Queste particelle intrecciate replicheranno lo stato l’una dell’altra, anche quando sono separate da grandi distanze.

Finora, i ricercatori nel campo del calcolo quantistico hanno principalmente utilizzato metodi “tradizionali” per generare fotoni intrecciati. Questo avviene sia facendo passare i fotoni attraverso guide d’onda su microchip estesi, sia mediante dispositivi ingombranti costruiti con lenti, specchi e divisori di fascio.

Il problema è che questi sistemi sono troppo grandi, complessi e difficili da produrre in quantità sufficienti affinché il metodo possa scalare al numero richiesto da una rete quantistica.

Un altro problema è la “decoerenza”. La complessità matematica aumenta una volta che il numero di fotoni e, di conseguenza, il numero di qubit comincia a crescere.

Ogni fotone aggiuntivo introduce molte nuove vie di interferenza, che in un setup convenzionale richiederebbero un numero in rapida crescita di divisori di fascio e porte di uscita.

Metasuperficie Quantistica

Metamateriali

I metamateriali modificano la struttura di un materiale dato, conferendogli caratteristiche diverse dalle proprietà dei materiali di base di cui è composto.

Ciò avviene più spesso creando schemi ripetitivi di forma precisa, geometria, dimensione, orientamento, ecc., tutti su scala nanometrica.

La creazione di micro‑strutture regolari in modo controllato può portare a prestazioni migliorate del materiale rispetto al suo componente di base. Questo può essere influenzato da molte proprietà diverse, come quelle elettromagnetiche, acustiche, la resistenza strutturale, termiche, ecc.

Fonte: Science

Questo è ciò che i ricercatori di Harvard hanno creato, con un nuovo tipo di metasuperfici, dispositivi piatti incisi con schemi nanometrici per la manipolazione della luce.

“Stiamo introducendo un vantaggio tecnologico significativo per quanto riguarda la risoluzione del problema di scalabilità.

Ora possiamo miniaturizzare un intero setup ottico in una singola metasuperficie molto stabile e robusta.

Kerolos M.A. Yousef – Studente Laureato presso Harvard

Come la Metasuperficie Consente Luce Quantistica Scalabile

La complessità matematica di molti fotoni necessari per calcoli quantistici complessi può essere gestita con un ramo della matematica chiamato teoria dei grafi. Spiegata semplicemente, utilizza punti e linee per rappresentare connessioni e relazioni.

Fonte: Science

Mentre la teoria dei grafi è utilizzata in alcuni tipi di calcolo quantistico e nella correzione degli errori quantistici, non è ancora stata impiegata nel contesto delle metasuperfici, soprattutto nella loro progettazione e operatività.

La teoria dei grafi ha permesso ai ricercatori di determinare visivamente come i fotoni interferiscono tra loro e di prevedere i loro effetti negli esperimenti.

Nuovo Dispositivo di Entanglement di Fotoni

Utilizzando la teoria dei grafi e tecniche commerciali di fabbricazione di semiconduttori, i ricercatori hanno creato “interferometri multiporta compatti”.

Hanno usato la teoria dei grafi per codificare sia il design fisico sia le correlazioni quantistiche che produce nella nanostruttura degli interferometri.

“Offre anche una nuova prospettiva nella comprensione, progettazione e applicazione delle metasuperfici, soprattutto per la generazione e il controllo della luce quantistica. Con l’approccio a grafo, in un certo senso, il design della metasuperficie e lo stato quantistico ottico diventano due facce della stessa medaglia.”

Neal Sinclair – Ricerca presso l’Università di Harvard

Successivamente hanno testato le sue prestazioni, utilizzando rivelatori a nanofili superconduttori per misurare il comportamento dei fotoni.

Ha dimostrato che questo approccio offre molti vantaggi:

• Il design non richiede allineamenti intricati, rendendo la produzione e l’assemblaggio molto più semplici.
• È molto resistente alle perturbazioni, con basse perdite ottiche.
• È semplice da produrre, rendendolo più scalabile e più conveniente.

Questo lavoro si è concentrato principalmente sulle possibili applicazioni nel calcolo quantistico.

Potrebbe, tuttavia, essere utile anche per il rilevamento quantistico, o offrire capacità “lab-on-a-chip” per la ricerca scientifica fondamentale.

“Sono entusiasta di questo approccio, perché potrebbe scalare in modo efficiente i computer quantistici ottici e le reti — che è stata a lungo la loro più grande sfida rispetto ad altre piattaforme come i superconduttori o gli atomi,”

Neal Sinclair – Ricerca presso l’Università di Harvard

Investire nel Calcolo Quantistico

Honeywell / Quantinuum

Quantinuum è il risultato della fusione tra Honeywell Quantum Solutions e Cambridge Quantum.

Honeywell rimane il principale azionista della società (probabilmente il 52% di proprietà) dopo un round di raccolta fondi che la ha valutata a 5 miliardi di dollari. Si dice che il fondatore Ilyas Khan possieda circa il 20% della società. Altri azionisti includono JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM e JP Morgan.

Un potenziale IPO di Quantinuum in futuro, potenzialmente come parte di una più ampia ristrutturazione aziendale, si stima possa valere fino a 20 miliardi di dollari e potrebbe avvenire tra il 2026 e il 2027.

Il calcolo quantistico non è la parte centrale del business di Honeywell; è più focalizzato su prodotti nei settori aerospaziale, dell’automazione e dei prodotti chimici e materiali speciali.

Ciascuno di questi settori potrebbe, tuttavia, beneficiare del calcolo quantistico, soprattutto la chimica computazionale e la cybersicurezza quantistica, potenzialmente conferendo a Honeywell un vantaggio rispetto ai concorrenti.

Il modello principale dell’azienda per ora è l’H2, un chip a 56 qubit ionici intrappolati, con una fedeltà di porta a due qubit del 99,895%.

Le prossime 3 generazioni, fino a oltre 1000 qubit, sono già pianificate, con le prossime versioni programmate per il 2025, 2027 e 2029.

Fonte: Quantinuum

L’ultima versione, denominata Apollo, sarebbe la svolta che consentirebbe di realizzare innumerevoli applicazioni commerciali con il calcolo quantistico.

In conclusione, grazie a una combinazione di progressi nella prontezza dell’hardware e nella correzione degli errori quantistici (QEC), prevediamo Apollo entro la fine del decennio, una macchina quantistica completamente tollerante ai guasti e vantaggiosa. Questo sarà un punto di svolta commerciale: aprendo un’era di scoperte scientifiche in fisica, materiali, chimica e altro.

L’azienda ha perseguito un calcolo di alta qualità con pochissimi errori, piuttosto che aggiungere il maggior numero possibile di qubit soggetti a guasti, creando quello che si chiama “calcolo quantistico tollerante ai guasti”.

Questo approccio è etichettato dall’azienda “Qubit migliori, risultati migliori”, con una quantità simile di qubit che ottengono risultati da 100 a 1.000 volte più affidabili.

Fonte: Quantinuum

Ciò potrebbe fare una differenza notevole nella crittografia resistente al quantum, urgentemente necessaria, con la società di difesa Thales (HO.PA -0,96%) già in collaborazione con Quantinuum così come le banche internazionali HSBC e JP Morgan.

Quantinuum offre anche la sua chimica computazionale quantistica proprietaria InQuanto, utilizzabile per prodotti farmaceutici, scienze dei materiali, chimica, energia e applicazioni aerospaziali.

Come molte altre aziende di calcolo quantistico, Quantinuum offre Helios, un “hardware-as-a-service”, consentendo agli utenti di beneficiare del calcolo quantistico senza doversi occupare della complessità …

Quantinuum ha firmato a novembre 2024 una partnership con la tedesca Infineon, il più grande produttore di semiconduttori d’Europa. Infineon porterà la sua fotonica integrata e la tecnologia di elettronica di controllo per aiutare a creare la prossima generazione di computer quantistici a ioni intrappolati.

Poiché la fotonica integrata si avvicina a casi d’uso pratici, è ora chiaro quanto questa partnership possa essere importante per il futuro di Quantinuum. A questo punto, sembra che il prossimo passo per l’azienda sarà rilasciare il primo chip al mondo focalizzato su AI, che combina fotonica e quantum.

Nei prossimi mesi, Quantinuum condividerà i risultati delle collaborazioni in corso, mostrando il potenziale rivoluzionario dei progressi guidati dal quantum nell’IA generativa.

La innovativa capacità Gen QAI migliorerà e accelererà l’uso dei Metalli‑Organici Framework per la somministrazione di farmaci, aprendo la strada a opzioni di trattamento più efficienti e personalizzate, con dettagli che saranno svelati al lancio di Helios.

Quantinuum Annuncia una Scoperta di IA Quantistica Generativa con Potenziale Commerciale Massiccio

L’annuncio in questa pubblicazione fa parte di una serie di notizie relative al rapido progresso della connessione AI‑calcolo quantistico realizzato da Quantinuum.

Altri casi d’uso in corso potrebbero aumentare notevolmente il valore futuro dell’azienda e, di conseguenza, la quota di Honeywell, nonché il potenziale profitto che gli investitori potrebbero ottenere.

(Puoi anche leggere il nostro rapporto completo riguardo al core business di Honeywell in sensori, componenti aerospaziali e materiali avanzati, oltre al suo coinvolgimento in Quantinuum)

Ultime Notizie e Sviluppi sulle Azioni Honeywell (HON)

Studio di Riferimento

^{1. Kerolos M. A. Yousef, Marco D’Alessandro, Matthew Yeh, Neil Sinclair, Marko Loncar, and Federico Capasso. Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference. Science. 24 Jul 2025. Vol 389, Issue 6758 pp. 416-422. DOI: 10.1126/science.adw8404}