Lichtkooien zouden het geheugenprobleem van kwantumcomputers kunnen oplossen.

Het knelpunt: waarom kwantumcomputers nieuw geheugen nodig hebben

Wil een kwantumcomputer, zo niet routinematig, dan toch op zijn minst betrouwbaar gebruikt kunnen worden, dan moet deze met kwantumcompatibele componenten de meeste functies van siliciumhalfgeleiders kunnen nabootsen: niet alleen berekeningen (processor/chips), maar ook netwerken en geheugen.

Netwerken ontwikkelt zich verder. We hebben de release van QNodeOS gezien, een besturingssysteem. gewijd aan kwantumnetwerkennaast massaproduceerbare fotonische chips, erbium nanofotonische versterkersen kwantumteleportatie met behulp van traditionele glasvezelnetwerken.

Maar het geheugen is ongrijpbaarder gebleken. hoewel geluidsgolven een soort hybride oplossing zouden kunnen bieden met betrekking tot de kwestie van stabiliteit.

Deze moeilijkheid ontstaat doordat qubits extreem instabiel zijn en supergeleidende materialen, volledige isolatie van omgevingsinvloeden en ultralage temperaturen vereisen.

Netwerken kunnen het gebrek aan geheugen gedeeltelijk compenseren door informatie door te sturen naar andere fysieke qubits in een cluster, maar deze optie heeft zijn beperkingen. Op een gegeven moment zullen complexe berekeningen een langdurig (naar kwantumstandaarden) geheugensysteem vereisen dat kwantumdata betrouwbaar kan opslaan.

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

Ze creëerden een nanoscopische "lichtkooi" die kwantumdata voor een ongekend lange tijd kan vasthouden. Ze publiceerden hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Light: Science & Applications.¹, onder de titel "Lichtopslag in lichtkooien: een schaalbaar platform voor gemultiplexte kwantumgeheugens'.

Wat zijn nanoscopische "lichtkooien"?

Kwantumgeheugen verwijst naar componenten die in staat zijn om kwantuminformatie (qubits) intact op te slaan en te bewaren.

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

Dit vereist drie opeenvolgende stappen:

1. Het vastleggen van de kwantumtoestand.
2. Deze toestand opslaan in een formaat dat stabieler is dan vluchtige qubits.
3. De gegevens worden opgehaald voor verdere verwerking.

Hoe werken 3D-geprinte lichtkooien?

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 kwantummechanische eigenschappen verliest.

Bron: Licht

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

De structuren zelf werden vervaardigd met behulp van nanoprinttechnologie, meer specifiek tweefotonpolymerisatielithografie met commerciële 3D-printers.

Om stabiliteit op lange termijn in de reactieve cesiumomgeving te garanderen, zijn de constructies voorzien van een beschermende laag. Deze laag vertoont een opmerkelijke duurzaamheid, waarbij zelfs na vijf jaar gebruik geen degradatie is waargenomen.

Bron: Licht

Voordelen ten opzichte van traditioneel kwantumgeheugen

Dit ontwerp biedt unieke voordelen ten opzichte van eerdere pogingen.

Ten eerste maken deze nanogeprinte structuren een snelle diffusie van cesiumatomen mogelijk. Hierdoor wordt de tijd die nodig is om de kern met atoomdamp te vullen, teruggebracht van maanden tot slechts dagen, terwijl tegelijkertijd een uitstekende optische veldconfinering behouden blijft.

Ten tweede biedt het ontwerp unieke toegang vanaf de zijkant tot de kerngebieden, waardoor het ophalen van kwantumgegevens wordt vergemakkelijkt wanneer dat nodig is.

“We hebben een geleidingsstructuur gecreëerd die een 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 de fabricage van de golfgeleiders binnen de chip zelf, maar ook tussen chips, voor het produceren van meerdere chips met dezelfde prestaties.”

Deze schaalbaarheid maakt het veel gemakkelijker om een ​​industrieel commercieel stadium te bereiken. Het maakt meerdere lichtkooien op dezelfde chip mogelijk, waardoor het potentiële totale geheugen van een kwantumprocessor toeneemt. Variaties binnen één chip bleven onder de 2 nanometer, terwijl verschillen tussen chips onder de 15 nanometer bleven.

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

Veeg om te scrollen →

Een andere enorme verandering ten opzichte van de meeste kwantumcomputertechnologie is dat geheugen met een lichte kooi net boven kamertemperatuur werkt en geen cryogene koeling vereist. Dit maakt het niet alleen betrouwbaarder, maar ook aanzienlijk economischer.

Hoe lang kunnen lichtkooien gegevens opslaan?

De lichtkooien maken een zeer efficiënte omzetting van geleide lichtpulsen in collectieve atomaire excitaties mogelijk. Een optische stuurlaser kan het licht vervolgens op aanvraag vrijgeven, waardoor de gegevens voor verdere kwantumberekeningen kunnen worden verzameld.

Het onderzoeksteam is erin geslaagd verzwakte lichtpulsen, die slechts enkele fotonen bevatten, gedurende enkele honderden nanoseconden op te slaan.

Bron: Licht

Hoewel deze tijdschaal kort lijkt, vertegenwoordigt deze in termen van kwantumnetwerken en fotonische geheugens een ongewoon lange en stabiele opslagduur, vooral voor systemen die bij kamertemperatuur functioneren.

Kwantumnetwerken opschalen met optisch geheugen

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

Door betrouwbare opslag te creëren, kan kwantumgeheugen fungeren als repeaterknooppunten, waardoor de betrouwbaarheid en het bereik van het kwantumnetwerk aanzienlijk worden vergroot. Dit is een belangrijke stap in de richting van het verbinden van meerdere kwantumchips in één supercomputer, en het verbinden van fysiek ver van elkaar gelegen kwantumcomputers.

Conclusie

De kwantumcomputertechnologie heeft de afgelopen jaren enorme vooruitgang geboekt, met de ontwikkeling van netwerken en grotere, schaalbare kwantumchips. De ontbrekende schakel voor een volwaardige kwantumcomputer of een grootschalig kwantumnetwerk waren betrouwbare geheugencomponenten.

Het gebruik van deze verbeterde lichtkooien zou wel eens de sleutel kunnen zijn tot het versnellen van de ontwikkeling van kwantumcomputers, dankzij het goedkope en betrouwbare productieproces.

De volgende stap zal waarschijnlijk bestaan ​​uit praktijktesten met bestaande kwantumchips en het optimaliseren van het productieproces om integratie in de standaardpraktijken van een halfgeleiderfabriek mogelijk te maken.

Investeren in quantum computing

Honeywell / Quantum (HON)

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

Honeywell blijft de meerderheidsaandeelhouder van het bedrijf (waarschijnlijk 52% van de aandelen). na een fondsenwervingsronde waarbij de waarde werd geschat op $ 10 miljardOprichter Ilyas Khan bezit naar verluidt ongeveer 20% van het bedrijf. Andere aandeelhouders zijn onder meer JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM en JP Morgan.

Een mogelijke beursgang van Quantinuum, wellicht als onderdeel van een grotere bedrijfsherstructurering. Analisten schatten de waarde ervan op maar liefst 20 miljard dollar. en zou kunnen plaatsvinden tussen 2026 en 2027.

Kwantumcomputing vormt niet de kern van de activiteiten van Honeywell, die zich meer richten op producten voor de lucht- en ruimtevaart, automatisering en specialistische chemicaliën en materialen.

Elk van deze domeinen zou echter kunnen profiteren van quantum computing, vooral computationele chemie en kwantumcyberbeveiliging, wat Honeywell mogelijk een voorsprong op de concurrentie zou kunnen geven.

Het belangrijkste model van het bedrijf is momenteel Helios, de opvolger van H2, en de "meest nauwkeurige kwantumcomputer ter wereld".Het beschikt over een recordaantal van 98 volledig verbonden fysieke qubits met een poortgetrouwheid van 99.9975% voor individuele qubits en een poortgetrouwheid van 99.921% voor twee qubits, voor alle qubitparen.

We hebben Helios ook gebruikt om grootschalige simulaties uit te voeren in supergeleiding bij hoge temperatuur en kwantummagnetisme – beide met duidelijke mogelijkheden voor praktische toepassingen in de industrie.

Het bedrijf heeft zich gericht op hoogwaardige berekeningen met zeer weinig fouten, in plaats van simpelweg zoveel mogelijk qubits toe te voegen, en heeft zo zogenaamde "fouttolerante kwantumcomputers" gecreëerd.

Deze aanpak wordt door het bedrijf "Betere qubits, betere resultaten" genoemd, waarbij een vergelijkbaar aantal qubits 100-1,000 keer betrouwbaardere resultaten oplevert.

Bron: kwantum

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

Quantinuum biedt ook zijn eigen kwantumcomputationele chemie aan InQuanto, bruikbaar voor toepassingen in de farmaceutische industrie, materiaalwetenschappen, chemie, energie en lucht- en ruimtevaart.

Net als veel andere bedrijven in quantum computing, Quantinuum biedt Helios aan als "hardware-as-a-service"., waardoor gebruikers kunnen profiteren van quantum computing zonder dat ze zelf met de complexiteit van de bediening van het systeem te maken krijgen.

Quantinuum tekende in november 2024 een partnerschap met het Duitse Infineon, Europa's grootste halfgeleiderfabrikant. Infineon zal zijn geïntegreerde fotonica en besturingselektronicatechnologie inzetten om de volgende generatie gevangen-ion-kwantumcomputers te creëren.

Naarmate geïntegreerde fotonica dichter bij praktische toepassingen komt, wordt duidelijk hoe belangrijk deze samenwerking kan zijn voor de toekomst van Quantinuum. Op dit moment lijkt de volgende stap voor het bedrijf de lancering van 's werelds eerste op AI gerichte fotonica-kwantumchip te zijn.

In de komende maanden zal Quantinuum resultaten van lopende samenwerkingen delen en zo het baanbrekende potentieel van quantumgestuurde ontwikkelingen op het gebied van generatieve AI laten zien.

De innovatieve Gen QAI-capaciteit zal het gebruik van Metallic Organic Frameworks voor medicijntoediening verbeteren en versnellen, wat de weg vrijmaakt voor efficiëntere en persoonlijkere behandelingsopties. Details hierover worden bekendgemaakt bij de lancering van Helios.

Quantinuum kondigt doorbraak aan in generatieve kwantum-AI met enorm commercieel potentieel

Meer doorlopende gebruiksscenario's zouden de toekomstige waarde van het bedrijf, en daarmee het aandeel van Honeywell daarin, aanzienlijk kunnen verhogen.

Generatieve kwantum-AI: het volledige potentieel van AI ontsluiten

(Je kunt er meer over lezen de rest van Honeywells industriële activiteiten op het gebied van automatisering, lucht- en ruimtevaart en geavanceerde materialen in het rapport dat aan het bedrijf is gewijd.)

Laatste nieuws en ontwikkelingen over Honeywell (HON) aandelen

Studie waarnaar wordt verwezen

^{1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Lichtopslag in lichtkooien: een schaalbaar platform voor gemultiplexte kwantumgeheugens. Light Sci-app 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5}