Lichtkooien kunnen het geheugenprobleem van quantumcomputing oplossen

De knelpunt: waarom quantumcomputing nieuw geheugen nodig heeft

Om een quantumcomputer te laten beginnen met gebruik, althans betrouwbaar, moet hij met quantum‑compatibele componenten de meeste functies van silicium‑halfgeleiders reproduceren: niet alleen berekeningen (processor/chips), maar ook netwerken en geheugen.

Netwerken vordert. We hebben de release gezien van QNodeOS, een besturingssysteem gewijd aan quantumnetwerken, naast massaproducteerbare fotonische chips, erbium nanofotonische versterkers, en quantum‑teleportatie met traditionele optische vezelnetwerken.

Maar geheugen is moeilijker te realiseren, hoewel geluidsgolven een soort hybride oplossing kunnen bieden voor het stabiliteitsprobleem.

Deze moeilijkheid ontstaat omdat qubits extreem onstabiel zijn, waardoor supergeleidende materialen, volledige isolatie van omgevingsinterferentie en ultrakoele temperaturen vereist zijn.

Netwerken kan gedeeltelijk helpen het gebrek aan geheugen te verlichten door informatie door te sturen naar andere fysieke qubits in een cluster, maar deze optie heeft grenzen. Op een gegeven moment zullen complexe berekeningen een langdurig (naar quantumnormen) geheugensysteem vereisen dat quantumdata betrouwbaar kan bewaren.

Dit is precies wat onderzoekers in Duitsland aan de Humboldt‑Universität zu Berlin, de Universiteit van Stuttgart en het Leibniz‑Instituut voor Fotontechnologie lijken te hebben bereikt.

Ze creëerden een nanoscopisch “lichtkooi” dat quantumdata kan bewaren voor een ongekende tijdsduur. Ze publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Light: Science & Applications¹, onder de titel “Light storage in light cages: a scalable platform for multiplexed quantum memories”.

Wat zijn nanoscopische “lichtkooien”?

Quantumgeheugen verwijst naar componenten die in staat zijn om intacte quantuminformatie (qubits) op te slaan en te behouden.

In de praktijk functioneert dit als RAM: niet voor langdurige opslag, maar om data toegankelijk te houden voor de volgende stap in een berekeningsproces.

Dit vereist drie opeenvolgende stappen:

1. Het vastleggen van de quantumtoestand.
2. Het opslaan van deze toestand in een formaat dat stabieler is dan vluchtige qubits.
3. Het terughalen van de data voor verdere verwerking.

Hoe 3D‑geprinte lichtkooien werken

De basis van het werk van de Duitse onderzoekers is de “lichtkooi”. Deze nanoscopische structuren zijn ontworpen om licht vast te houden zonder dat het zijn quantumkenmerken verliest.

Source: Light

In dit specifieke geval gebruikten ze holle‑kern golfgeleiders gevuld met een atomaire damp van cesiumatomen.

De structuren zelf werden vervaardigd met nanoprinttechnologie, specifiek twee‑foton polymerisatie‑lithografie met commerciële 3D‑printers.

Om langdurige stabiliteit in de reactieve cesiumomgeving te waarborgen, zijn de structuren gecoat met een beschermende laag, wat een opmerkelijke duurzaamheid aantoont zonder degradatie zelfs na vijf jaar gebruik.

Source: Light

Voordelen ten opzichte van traditioneel quantumgeheugen

Dit ontwerp biedt unieke voordelen ten opzichte van eerdere pogingen.

Ten eerste stellen deze nanogedrukte structuren de snelle diffusie van cesiumatomen mogelijk. Dit verkort de tijd die nodig is om de kern te vullen met atomaire damp van maanden tot slechts dagen, terwijl uitstekende optische veldconfinement behouden blijft.

Ten tweede maakt het ontwerp unieke zijdelingse toegang tot de kerngebieden mogelijk, waardoor het ophalen van quantumdata wanneer nodig wordt vergemakkelijkt.

“We hebben een geleidingsstructuur gecreëerd die snelle diffusie van gassen en vloeistoffen in de kern mogelijk maakt, met de veelzijdigheid en reproduceerbaarheid die het 3D‑nanoprintproces biedt.

Dit maakt echte schaalbaarheid van dit platform mogelijk, niet alleen voor intra‑chip fabricage van de golfgeleiders maar ook inter‑chip, voor het produceren van meerdere chips met dezelfde prestaties.”

Deze schaalbaarheid maakt het veel eenvoudiger om een industriële commerciële fase te bereiken. Het maakt meerdere lichtkooien op dezelfde chip mogelijk, waardoor het potentiële totale geheugen van een quantumprocessor toeneemt. Variaties binnen één chip werden onder 2 nanometer gehouden, terwijl verschillen tussen chips onder 15 nanometer bleven.

Omdat de opslagprestaties tussen verschillende lichtkooien minimaal en consistent zijn, levert het ontwerp betrouwbare verwachtingen voor ingenieurs.

Veeg om te scrollen →

Een andere enorme verschuiving ten opzichte van de meeste quantumcomputing‑technologie is dat lichtkooi‑geheugen iets boven kamertemperatuur werkt en geen cryogene koeling vereist. Dit maakt het niet alleen betrouwbaarder, maar ook aanzienlijk economischer.

Hoe lang kunnen lichtkooien data opslaan?

De lichtkooien maken een zeer efficiënte omzetting van geleide lichtpulsen naar collectieve atomaire excitaties mogelijk. Een optische controlelaser kan vervolgens het licht op aanvraag vrijgeven, waardoor de data worden opgehaald voor verdere quantum‑berekeningen.

Het onderzoeksteam slaagde erin verzwakte lichtpulsen met slechts enkele fotonen gedurende enkele honderden nanoseconden op te slaan.

Source: Light

Hoewel deze tijdschaal kort lijkt, vertegenwoordigt het in termen van quantumnetwerken en fotonisch geheugen een ongewoon lange en stabiele opslagduur, vooral voor systemen die bij kamertemperatuur compatibel zijn.

Schaalvergroting van quantumnetwerken met optisch geheugen

Hoewel netwerken tot nu toe hebben geholpen het gebrek aan geheugen te compenseren, kan betrouwbaar geheugen juist helpen complexere netwerken te creëren.

Door betrouwbare opslag te creëren, kan quantumgeheugen dienen als repeater‑knooppunten, waardoor de betrouwbaarheid en reikwijdte van het quantumnetwerk aanzienlijk worden vergroot. Dit is een belangrijke stap richting het netwerken van meerdere quantumchips in één supercomputer, evenals het verbinden van fysiek gescheiden quantumcomputers.

Conclusie

Quantumcomputing heeft de afgelopen jaren enorme vooruitgang geboekt, met de ontwikkeling van netwerken en grotere, schaalbare quantumchips. De ontbrekende schakel voor een volledige quantumcomputer of grootschalig quantumnetwerk was betrouwbare geheugenelementen.

Het gebruik van deze verbeterde lichtkooien zou precies de sleutel kunnen zijn om de ontwikkeling van quantumcomputing te versnellen, dankzij het goedkope en betrouwbare fabricageproces.

De volgende stap zal waarschijnlijk praktische tests met bestaande quantumchips zijn en optimalisatie van het fabricageproces om te integreren in de standaardpraktijken van een halfgeleiderfabriek.

Investeren in quantumcomputing

Honeywell / Quantinuum (HON)

Quantinuum is het resultaat van de fusie van Honeywell Quantum Solutions en Cambridge Quantum.

Honeywell blijft de meerderheidsaandeelhouder van het bedrijf (waarschijnlijk 52% eigendom) na een kapitaalronde die het waardeerde op $10B. Oprichter Ilyas Khan zou ongeveer 20% van het bedrijf bezitten. Andere aandeelhouders omvatten JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM en JP Morgan.

Een mogelijke beursgang van Quantinuum, mogelijk als onderdeel van een grotere bedrijfsherstructurering, wordt door analisten geschat op een waarde tot $20B en zou kunnen plaatsvinden tussen 2026 en 2027.

Quantumcomputing is niet het centrale onderdeel van Honeywell’s bedrijfsactiviteiten, die meer gericht zijn op producten in de lucht- en ruimtevaart, automatisering en speciale chemicaliën & materialen.

Elk van deze domeinen zou echter kunnen profiteren van quantumcomputing, met name computational chemistry en quantum cyberbeveiliging, wat Honeywell een voordeel kan geven ten opzichte van concurrenten.

Het belangrijkste model van het bedrijf op dit moment is Helios, de opvolger van H2, en de “most accurate quantum computer in the world”. Het heeft een recordbrekende 98 volledig verbonden fysieke qubits met een single‑qubit gate fidelity van 99.9975% en een two‑qubit gate fidelity van 99.921% over alle qubit‑paren.

We also leveraged Helios to perform large-scale simulations in high-temperature superconductivity and quantum magnetism—both with clear pathways to real-world industry applications.

Het bedrijf heeft gestreefd naar hoogwaardige computing met zeer weinig fouten, in plaats van simpelweg zoveel mogelijk qubits toe te voegen, waardoor zogenaamd “fault‑tolerant quantum computing” ontstaat.

Deze aanpak wordt door het bedrijf aangeduid als “Better qubits, better results”, waarbij een vergelijkbaar aantal qubits 100‑ tot 1.000‑maal betrouwbaardere resultaten oplevert.

Source: Quantinuum

Dit zou een opmerkelijk verschil kunnen maken in de dringend benodigde quantum‑resistente cryptografie. Defensiebedrijf Thales (HO.PA -0.96%) werkt al samen met Quantinuum, evenals internationale banken zoals HSBC en JP Morgan.

Quantinuum biedt ook zijn eigen quantum computationele chemie InQuanto aan, bruikbaar voor farmaceutica, materiaalkunde, chemicaliën, energie en lucht- en ruimtevaarttoepassingen.

Net als veel andere quantumcomputing‑bedrijven biedt Quantinuum Helios aan als “hardware‑as‑a‑service”, waardoor gebruikers kunnen profiteren van quantumcomputing zonder zelf de complexiteit van het systeem te hoeven beheren.

Quantinuum tekende in november 2024 een partnerschap met het Duitse Infineon, de grootste halfgeleiderfabrikant van Europa. Infineon zal zijn geïntegreerde fotonica‑ en controle‑elektronicatechnologie inbrengen om de volgende generatie trapped‑ion quantumcomputers te creëren.

Naarmate geïntegreerde fotonica dichter bij praktische toepassingen komt, wordt nu duidelijk hoe belangrijk dit partnerschap kan zijn voor de toekomst van Quantinuum. Op dit moment lijkt de volgende stap voor het bedrijf het uitbrengen van ’s werelds eerste AI‑gerichte fotonica‑quantumchip te zijn.

In de komende maanden zal Quantinuum resultaten delen van lopende samenwerkingen, waarmee het baanbrekende potentieel van door quantum aangedreven vooruitgangen in Generative AI wordt getoond.

De innovatieve Gen QAI‑capaciteit zal het gebruik van Metallic Organic Frameworks voor medicijnafgifte verbeteren en versnellen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor efficiëntere en gepersonaliseerde behandelingsopties, met details die bij de lancering van Helios worden onthuld.

Quantinuum Announces Generative Quantum AI Breakthrough with Massive Commercial Potential

Meer lopende use‑cases kunnen de toekomstige waarde van het bedrijf sterk verhogen, en daarmee Honeywell’s belang daarin.

Generatieve Quantum AI: Het volledige potentieel van AI ontgrendelen

(U kunt meer lezen over de rest van Honeywell’s industriële activiteiten in automatisering, lucht‑ en ruimtevaart, en geavanceerde materialen in het rapport gewijd aan het bedrijf.)

Laatste Honeywell (HON) aandelennieuws en ontwikkelingen

Bestudeerde referentie

^{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}