Computing
Opschalen van kwantumcomputers met enkel-atoom qubits
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Enkel-atoom qubits: Een nieuw tijdperk voor kwantumcomputing
Quantumcomputers zijn buitengewoon complexe machines die kleine variaties in het gedrag van individuele atomen benutten voor berekeningen. Daardoor maken ze zowel gebruik van als onthullen ze nieuwe inzichten in de fundamentele aard van het universum op atomair en individueel deeltjesniveau.
Zo’n inzichten zullen waarschijnlijk nodig zijn om kwantumcomputers op schaal te bouwen, want hoe complexer het systeem, hoe moeilijker het is om het groot genoeg te maken voor praktische toepassingen.
Onderzoekers van de University of Sydney, Australië, zijn er recent in geslaagd om meerdere kwantumrekengegevens in één enkel atoom te coderen, wat de fysieke grootte van kwantumcomputing‑qubits (het kwantum‑equivalent van de “normale” bits van computers) potentieel kan revolutioneren.
Ze publiceerden hun resultaten in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Nature Physics1, onder de titel “Universele quantumpoortenset voor Gottesman–Kitaev–Preskill logische qubits”.
Qubit betrouwbaar maken
Momenteel worden qubits geproduceerd via een methode die “trapped ion” wordt genoemd, of door gebruik te maken van ultrakoude supergeleidend materialen.
Bron: Forbes
Beide methoden hebben hun beperkingen:
- De gevangen ionen bevatten slechts een handvol qubits, maar zijn betrouwbaarder en produceren minder fouten.
- De supergeleidend materialen hebben meer qubits en zouden makkelijker op te schalen moeten zijn, maar zijn foutgevoeliger.
In beide gevallen beïnvloedt het foutpercentage de verhouding tussen fysieke en logische qubits, ofwel de hoeveelheid fysieke qubits die nodig is om een functionele qubit te creëren vanuit een rekenkundig perspectief.
Naarmate het aantal bruikbare (of logische) qubits groeit, groeit het aantal benodigde fysieke qubits nog verder. Naarmate dit opschaalt, wordt het enorme aantal qubits dat nodig is om een bruikbare kwantummachine te maken een technisch nachtmerrie.
Dus, het maken van kwantumcomputers die minder foutgevoelig zijn, is misschien de belangrijkste taak van onderzoekers op dit moment, omdat het de grootste belemmering voor het bouwen van bruikbare grootschalige kwantumcomputers zou wegnemen.
Veeg om te scrollen →
| Qubittype | Schaalbaarheid | Foutpercentage | Temperatuur |
|---|---|---|---|
| Gevangen ion | Laag (enkele qubits) | Laag | Kamertemperatuur |
| Supergeleidend | Hoog | Hoog | Nabij het absolute nulpunt |
| Enkel-atoom (Sydney) | Mogelijk hoog | Corrigeerbaar met GKP | Kamertemperatuur |
Qubits verkleinen
De Australische onderzoekers gebruikten een gevangen ion (met een geladen atoom van ytterbium) kwantumcomputersysteem, en een vorm van gegevenscodering genaamd de Gottesman‑Kitaev‑Preskill (GKP) code.
GKP is een type code waarvan wordt verwacht dat het helpt fouten in kwantumcomputers te corrigeren. Maar het in de praktijk creëren ervan was tot nu toe moeilijk.
De sleutel is het creëren van een “logische poort”, een informatieschakelaar die computers – kwantum en klassiek – programmeerbaar maakt.
Met behulp van een kwantum‑controlsoftware ontwikkeld door Q‑CTRL, een spin‑off start‑up van het Quantum Control Laboratory, codeerden de onderzoekers de gegevens in één enkel atoom, in 3D.
In wezen worden twee datasets opgeslagen als de trilling van één enkel atoom, de ene als trilling van “links naar rechts”, en de andere als trilling van “omhoog en omlaag”.
“In feite slaan we twee fout‑corrigeerbare logische qubits op in één enkel gevangen ion en demonstreren we verstrengeling tussen hen.
Vassili Matsos – PhD‑student aan de School of Physics en Sydney Nano
Een enkel-atoom logische poort bouwen
Om die prestatie in de kwantumfysica te bereiken, gebruikten ze een complex array van lasers bij kamertemperatuur om het enkele atoom in de val te houden, waardoor de natuurlijke trillingen gecontroleerd en benut konden worden om de complexe GKP‑codes te produceren.
Bron: Nature Physics
Het “kamertemperatuur”‑aspect is erg belangrijk, omdat het daardoor inherent makkelijker en goedkoper is dan supergeleidend kwantumcomputers die temperaturen dicht bij het absolute nulpunt en vloeibare helium vereisen.
“Onze experimenten hebben de eerste realisatie van een universele logische poortenset voor GKP‑qubits aangetoond.
We deden dit door de natuurlijke trillingen, of harmonische oscillaties, van een gevangen ion nauwkeurig te controleren, zodat we individuele GKP‑qubits konden manipuleren of ze als paar konden verstrengelen.”
Naar schaalbare kwantumcomputers
Het is de combinatie van kamertemperatuur‑controles, een enkel‑atoom logische poort en een foutreductie‑code die deze ontdekking zo belangrijk maakt.
Samen opent dit de weg naar een nieuw type gevangen‑ion kwantumcomputer die veel eenvoudiger te bouwen en veel makkelijker op te schalen zou kunnen zijn.
“Onze experimenten bereikten een belangrijke mijlpaal, door aan te tonen dat deze hoogwaardige kwantumcontroles een cruciaal instrument bieden om meer dan één logische qubit te manipuleren.
Door universele kwantumpoorten met deze qubits te demonstreren, hebben we een basis om te werken aan grootschalige kwantuminformatie‑verwerking op een zeer hardware‑efficiënte manier.”
Parallel hieraan zijn recent verschillende nieuwe ontdekkingen gedaan die het potentieel aantonen van het onderling verbinden van kwantumcomputers. Dus als elk krachtiger wordt en kwantumnetwerken dichter bij realiteit komen, kan dit een explosie in bruikbare qubit‑capaciteit veroorzaken.
Kwantumcomputers die nieuwe fysica ontsluiten
Opschalen van kwantumcomputers zal waarschijnlijk cryptografie en wetenschappelijk onderzoek revolutioneren, dankzij hun enorme capaciteit om complexe problemen op te lossen die te moeilijk zijn voor binaire computers.
Maar het zou ook indirect een geheel nieuwe manier kunnen openen voor natuurkundigen om het kwantum‑rijk te bestuderen.
Dit blijkt uit analyses uitgevoerd op de kwantumcomputers van Google door onderzoekers van Princeton University, Cornell University, Purdue University, University of Nottingham (VK), Technische Universität München (Duitsland) en Google Research, volgens een nieuwe publicatie in Nature2, getiteld “Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories”.
Meten van gauge‑theorie
De Google‑kwantumcomputer stelt onderzoekers in staat om te experimenteren met en te testen wat men “Lattice Gauge Theory” (LGT) noemt, een type kwantumveld‑theorie die het bestaan van gauge‑velden (velden die krachten overbrengen, zoals het elektromagnetisch veld) en gauge‑bosonen (de elementaire deeltjes die deze krachten dragen) postuleert.
Bron: Nature
Het team toonde hoe deeltjes en de onzichtbare “snaren” die ze verbinden zich gedragen, fluctueren en zelfs breken.
Bron: Nature
De onderzoekers bevestigden in die studie dat deze “snaren” gemeten en waargenomen kunnen worden in kwantumcomputers.
“Door de kracht van de kwantumprocessor te benutten, bestudeerden we de dynamiek van een specifiek type gauge‑theorie en observeerden we hoe deeltjes en de onzichtbare ‘snaren’ die ze verbinden in de loop van de tijd evolueren.”
Door zeer gecontroleerde situaties te creëren waarin kwantumeffecten kunnen worden waargenomen, zonder de zeer hoge energieniveaus van deeltjesversnellers, wordt duidelijk dat kwantumcomputers sleutelinstrumenten kunnen worden voor fundamenteel natuurkundig onderzoek.
“Ons werk toont aan hoe kwantumcomputers ons kunnen helpen de fundamentele regels die ons universum besturen te verkennen.
Door deze interacties in het laboratorium te simuleren, kunnen we theorieën op nieuwe manieren testen.”
Michael Knap, Professor of Collective Quantum Dynamics at the TUM School of Natural Sciences
De toekomst van schaalbare kwantumcomputers
Het potentieel van kwantumcomputers is nog niet volledig begrepen, omdat ze voortdurend worden heruitgevonden vanuit hun fundamentele principes, niet anders dan hoe de eerste computers van ponskaarten naar vacuümbuisen en vervolgens naar siliciumtransistoren evolueerden. Alleen gaat het tempo van verandering veel sneller.
Dit impliceert dat we binnenkort grote vooruitgang kunnen zien in de productie van grotere, krachtigere kwantumcomputers, die mogelijk ook met elkaar verbonden worden voor nog grotere capaciteiten.
Dit zou niet alleen de weg kunnen openen naar veel hogere rekencapaciteiten, maar ook tot een geheel nieuw begrip van materie en kwantumfysica, bijvoorbeeld met een geheel nieuwe materietoestand zoals de recent gedemonstreerde “topologische toestand” door Microsoft‑kwantumteam (Majorana‑1 chip) (MSFT ).
Investeren in kwantumcomputing
Honeywell / Quantinuum
HON Prijsgrafiek
Terwijl de kwantumcomputer van Google mogelijk nieuwe inzichten over kwantumfysica onthult, lijkt de ontdekking van een potentieel 1‑atoom qubit met behulp van gevangen‑ion‑technologie deze methode veel dichter bij commerciële levensvatbaarheid te brengen dan supergeleidend kwantumcomputers.
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 met een waardering van $5 B. Oprichter Ilyas Khan bezit naar verluidt ongeveer 20 % van het bedrijf. Andere aandeelhouders zijn onder meer JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM en JP Morgan.
Een potentiële IPO van Quantinuum in de toekomst, mogelijk als onderdeel van een grotere bedrijfsherstructurering, wordt geschat op een waarde tot $20 B en zou kunnen plaatsvinden tussen 2026 en 2027.
Kwantumcomputing is niet het centrale onderdeel van Honeywell’s bedrijfsvoering, die meer gericht is op producten in de lucht‑ en ruimtevaart, automatisering en speciale chemicaliën & materialen.
Elk van deze domeinen zou echter kunnen profiteren van kwantumcomputing, met name computational chemistry en kwantum‑cybersecurity, waardoor Honeywell een voordeel kan krijgen ten opzichte van concurrenten.
Het belangrijkste model van het bedrijf is momenteel de H2, een gevangen‑ion 56‑qubit chip, met 99,895 % twee‑qubit poort‑fideliteit.
Het bedrijf streeft naar hoogwaardige berekeningen met zeer weinig fouten, meer dan simpelweg zoveel mogelijk qubits toevoegen, en creëert een zogenaamd “fault‑tolerant quantum computing”.
Deze aanpak wordt door het bedrijf gelabeld als “Better qubits, better results”, waarbij een vergelijkbaar aantal qubits 100‑ tot 1.000‑maal betrouwbaardere resultaten oplevert.
Bron: Quantinuum
Dit zou een opmerkelijk verschil kunnen maken in de dringend benodigde kwantum‑resistente cryptografie, met defensiebedrijf Thales (HO.PA -0,96 %) die al samenwerkt met Quantinuum evenals de internationale bank HSBC en JP Morgan.
Quantinuum biedt ook zijn eigen kwantum‑computational chemistry InQuanto aan, bruikbaar voor farmaceutica, materiaalkunde, chemie, energie en lucht‑ en ruimtevaarttoepassingen.
Net als veel andere kwantumcomputing‑bedrijven, biedt Quantinuum Helios, een “hardware‑as‑a‑service”, waardoor gebruikers kunnen profiteren van kwantumcomputing zonder zelf de complexiteit van het systeem te hoeven beheren.
Quantinuum tekende in november 2024 een partnerschap met het Duitse Infineon, Europa’s grootste halfgeleiderfabrikant. Infineon zal zijn geïntegreerde fotonica‑ en controle‑elektronicatechnologie inbrengen om de volgende generatie gevangen‑ion kwantumcomputers te helpen creëren.
Naarmate geïntegreerde fotonica dichter bij praktische toepassingen komt, wordt 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‑kwantumchip te zijn.
In de komende maanden zal Quantinuum resultaten delen van lopende samenwerkingen, waarmee het baanbrekende potentieel van kwantum‑gedreven vooruitgang in Generatieve AI wordt getoond.
De innovatieve Gen QAI‑capaciteit zal de inzet van Metal‑Organic Frameworks voor medicijnafgifte verbeteren en versnellen, waardoor efficiëntere en gepersonaliseerde behandelingsopties ontstaan, met details die onthuld zullen worden bij de lancering van Helios.
Quantinuum kondigt Generatieve Kwantum‑AI Doorbraak met Enorm Commercieel Potentieel aan
Meer lopende use‑cases zouden de toekomstige waarde van het bedrijf sterk kunnen verhogen, en daarmee ook Honeywell’s belang daarin, en de potentiële winst die investeerders kunnen behalen.
(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
Gerefereerde studies
1. Matsos, V.G., Valahu, C.H., Millican, M.J. et al. Universele quantumpoortenset voor Gottesman–Kitaev–Preskill logische qubits. Nature Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, T.A., Jobst, B., Rosenberg, E. et al. Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9
