Nieuwe Metasurface Creëert Schaalbare Kwantumlichtbron

Het oplossen van kwantumlicht

Quantumcomputing biedt veel beloftes, van het oplossen van anders onberekenbare berekeningen, mogelijk zelfs het breken van alle bestaande vormen van encryptie, tot het creëren van ultra‑efficiënte computers vanuit het perspectief van energieverbruik.

Als quantumcomputers krachtig genoeg werden, zouden ze de geneeskunde volledig kunnen revolutioneren door de onmiddellijke berekening van de 3D‑configuratie van eiwitten, materiaalkunde, klimaatmodellering, of zelfs AI’s trainen.

Het is waarschijnlijk dat communicatie tussen quantumchips en quantumcomputers zal plaatsvinden via het elementaire deeltje van licht: fotonen.

Meer precies, verstrengelde fotonen, die met elkaar interageren via kwantumeffecten, zelfs wanneer ze gescheiden zijn. Vooral nu bewezen is dat we gewone optische vezels kunnen gebruiken om kwantumdata over minstens tientallen kilometers te verzenden.

Het produceren van verstrengelde fotonen is echter een enorme uitdaging geweest, en belemmert de mogelijkheid om quantumcomputers op te schalen tot een grootte, betrouwbaarheid en kostenniveau waarop ze bruikbaar zijn.

Omzeiloplossingen worden ontwikkeld, bijvoorbeeld de productie van enkele fotonen uit een imperfecte fotonbron, via niet‑lineaire optica en enkel‑foton‑teleportatie. Het verhogen van de efficiëntie van lichtbronnen met behulp van erbium is een andere potentiële optie.

Maar uiteindelijk kunnen veel van deze oplossingen te complex zijn om het probleem op te lossen, daarom zou een nieuw ontwikkeld metamateriaal de toekomst van quantumcomputers kunnen veranderen. Dit nanoschaalcomponent, dat schaalbare, lage‑decoherentie kwantuminformatie kan overzetten naar licht, is ontwikkeld door onderzoekers van Harvard University en gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Science¹ onder de titel “Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference”.

Kwantumlichtbronnen

Om gegevens tussen de subcomponenten van een quantumcomputer en tussen verschillende quantumcomputers over te dragen, moet de kwantumdata behouden blijven. Dit wordt normaal bereikt door het creëren van verstrengelde deeltjes, met name fotonen.

Deze verstrengelde deeltjes zullen elkaars toestand repliceren, zelfs wanneer ze over grote afstanden gescheiden zijn.

Tot nu toe hebben onderzoekers in quantumcomputing voornamelijk “traditionele” methoden gebruikt om verstrengelde fotonen te genereren. Dit gebeurt ofwel door de fotonen door golfgeleiders op uitgebreide microchips te laten gaan, of via omvangrijke apparaten opgebouwd uit lenzen, spiegels en beam splitters.

Het probleem is dat deze systemen te groot, complex en moeilijk in voldoende hoeveelheden te produceren zijn, waardoor de methode niet kan opschalen tot het aantal dat nodig is voor een kwantumnetwerk.

Een ander probleem is “decoherentie”. De wiskundige complexiteit neemt toe zodra het aantal fotonen en daarmee het aantal qubits toeneemt.

Elke extra foton introduceert vele nieuwe interferentiepaden, die in een conventionele opstelling een snel groeiend aantal beam splitters en uitgangspoorten zouden vereisen.

Kwantum Metasurface

Metamaterialen

Metamaterialen veranderen de structuur van een bepaald materiaal, waardoor het andere eigenschappen krijgt dan de eigenschappen van de basismaterialen waaruit het bestaat.

Dit wordt meestal bereikt door herhalende patronen van precieze vorm, geometrie, grootte, oriëntatie, enz. op nanoschaal te creëren.

Het creëren van regelmatige micro‑structuren op een gecontroleerde manier kan leiden tot verbeterde prestaties van een materiaal ten opzichte van zijn basiscomponent. Dit kan beïnvloed worden door vele verschillende eigenschappen, zoals elektromagnetisch, akoestisch, structurele sterkte, thermisch, enz.

Bron: Science

Dit is wat de Harvard‑onderzoekers hebben gecreëerd, met een nieuw type metasurfaces, platte apparaten geëtst met nanoschaal licht‑manipulerende patronen.

“We introduceren een belangrijk technologisch voordeel bij het oplossen van het schaalbaarheidsprobleem.

Nu kunnen we een volledige optische opstelling miniaturiseren tot één enkele metasurface die zeer stabiel en robuust is.

Kerolos M.A. Yousef – Graduate Student at Harvard

Hoe de Metasurface Schaalbaar Kwantumlicht Mogelijk Maakt

De wiskundige complexiteit van vele fotonen die nodig zijn voor complexe kwantumberekeningen kan worden behandeld met een tak van de wiskunde genaamd graafentheorie. Simpel uitgelegd gebruikt het punten en lijnen om verbindingen en relaties weer te geven.

Bron: Science

Hoewel graafentheorie wordt gebruikt in bepaalde soorten quantumcomputing en quantumfoutcorrectie, is het nog niet toegepast in de context van metasurfaces, met name in hun ontwerp en werking.

Graafentheorie stelde de onderzoekers in staat visueel te bepalen hoe fotonen met elkaar interfereren en hun effecten in experimenten te voorspellen.

Nieuw Fotonverstrengelingsapparaat

Met behulp van graafentheorie en commerciële halfgeleiderfabricagetechnieken creëerden de onderzoekers “compacte multiport‑interferometers”.

Ze gebruikten graafentheorie om zowel het fysieke ontwerp als de quantumcorrelaties die het produceert te coderen in de nanostructuur van de interferometers.

“Het biedt ook nieuw inzicht in het begrip, ontwerp en de toepassing van metasurfaces, vooral voor het genereren en controleren van kwantumlicht. Met de graafbenadering wordt het metasurface‑ontwerp en de optische kwantumtoestand in zekere zin twee kanten van dezelfde medaille.”

Neal Sinclair – Research at Harvard University

Vervolgens testten ze de prestaties, met behulp van supergeleidende nanodraaddetectoren om het gedrag van fotonen te meten.

Het bewees dat deze benadering vele voordelen biedt:

• Het ontwerp vereist geen ingewikkelde uitlijningen, waardoor fabricage en installatie veel eenvoudiger zijn.
• Het is zeer bestand tegen verstoringen, met lage optische verliezen.
• Het is eenvoudig te vervaardigen, waardoor het schaalbaarder en kostenefficiënter is.

Dit werk richtte zich voornamelijk op de mogelijke toepassingen in quantumcomputing.

Het zou echter ook nuttig kunnen zijn voor kwantumsensing, of “lab‑on‑a‑chip” mogelijkheden bieden voor fundamenteel wetenschappelijk onderzoek.

“Ik ben enthousiast over deze benadering, omdat het optische quantumcomputers en netwerken efficiënt kan opschalen — wat al lange tijd hun grootste uitdaging is vergeleken met andere platformen zoals supergeleiders of atomen,”

Neal Sinclair – Research at Harvard University

Investeren in Quantumcomputing

Honeywell / Quantinuum

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

Honeywell blijft de meerderheidsaandeelhouder van het bedrijf (waarschijnlijk 52% eigendom) na een financieringsronde die het op $5 mrd waardeerde. Oprichter Ilyas Khan zou ongeveer 20% van het bedrijf bezitten. Andere aandeelhouders zijn onder meer JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM en JP Morgan.

Een potentiële beursgang van Quantinuum in de toekomst, mogelijk als onderdeel van een grotere bedrijfsherstructurering, wordt geschat op maximaal $20 mrd en zou kunnen plaatsvinden tussen 2026 en 2027.

Quantumcomputing is niet het centrale onderdeel van Honeywell’s activiteiten; het richt zich meer 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 de H2, een trapped‑ion chip met 56 qubits, met een twee‑qubit poortfideliteit van 99,895%.

De volgende 3 generaties, oplopend tot meer dan 1000 qubits, zijn al gepland, met de volgende releases gepland voor 2025, 2027 en 2029.

Bron: Quantinuum

De nieuwste versie, genaamd Apollo, zou de doorbraak zijn die talloze commerciële toepassingen met quantumcomputing mogelijk maakt.

Concluderend, door een combinatie van vooruitgang in hardwaregereedheid en QEC, hebben we zicht op Apollo tegen het einde van het decennium, een volledig fouttolerante kwantummachine met een voordeel. Dit zal een commercieel keerpunt: een nieuw tijdperk van wetenschappelijke ontdekkingen in fysica, materialen, chemie en meer inluiden.

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

Deze aanpak wordt door het bedrijf gelabeld als “Betere qubits, betere resultaten”, waarbij een vergelijkbaar aantal qubits 100- tot 1.000 keer betrouwbaardere resultaten oplevert.

Bron: Quantinuum

Dit zou een aanzienlijk verschil kunnen maken in de dringend benodigde kwantumresistente cryptografie, met defensiebedrijf Thales (HO.PA -0,96%) die al samenwerkt met Quantinuum evenals de internationale banken HSBC en JP Morgan.

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

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

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

Naarmate geïntegreerde fotonica dichter bij praktische toepassingen komt, is 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 vooruitgang in Generatieve AI wordt getoond.

De innovatieve Gen QAI‑capaciteit zal het gebruik van Metallo‑Organische 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

De aankondiging in deze publicatie maakt deel uit van een reeks nieuwsberichten over de snelle vooruitgang van de AI‑quantumcomputing‑verbinding bij Quantinuum.

Meer lopende use‑cases zouden de toekomstige waarde van het bedrijf sterk kunnen verhogen, en daarmee de positie van Honeywell daarin, en de potentiële winst die investeerders zouden kunnen behalen.

(U kunt ook ons volledige rapport lezen over Honeywell’s kernactiviteiten in sensoren, lucht‑ en ruimtevaartonderdelen, en geavanceerde materialen, naast de betrokkenheid bij Quantinuum

Laatste Honeywell (HON) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen

Gerefereerde Studie

^{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}