Ny metasurface skaper skalerbar kvante‑lyskilde

Løse kvante‑lys

Quantum computing har mange løfter, fra å løse ellers umulige beregninger, potensielt til og med å bryte alle eksisterende former for kryptering underveis, til å skape ultra‑effektive datamaskiner med hensyn til energiforbruk.

Hvis kvantedatamaskiner ble kraftige nok, kunne de fullstendig revolusjonere medisin gjennom umiddelbar beregning av proteiners 3D‑konfigurasjon, materialvitenskap, klimamodellering, eller til og med trene KI‑er.

Sannsynligvis vil kommunikasjon mellom kvantebrikker og kvantedatamaskiner foregå ved bruk av det elementære lyspartikkelen: fotoner.

Mer presist, sammenfiltrede fotoner, som påvirker hverandre gjennom kvanteeffekter, selv når de er adskilt. Spesielt siden det nå er bevist at vi kan bruke vanlige optiske fibre til å overføre kvantedata over minst flere titalls kilometer.

Imidlertid har produksjon av sammenfiltrede fotoner vært en enorm utfordring, og hindrer muligheten for å skalere opp kvantedatamaskiner til en størrelse, pålitelighet og kostnadsnivå hvor de er nyttige.

Løsninger blir utviklet, for eksempel produksjon av enkeltfotoner fra en ufullkommen fotonkilde, gjennom ikke‑lineær optikk og enkel fotonteleportasjon. Å øke lyskildenes effektivitet ved bruk av erbium er et annet potensielt alternativ.

Men til slutt kan mange av disse løsningene være for komplekse til å løse problemet, og derfor kan et nyutviklet metamateriale endre fremtiden for kvantedatamaskiner. Denne nanoskalakomponenten, som kan overføre skalerbar, lav‑dekoherens kvanteinformasjon til lys, ble utviklet av forskere ved Harvard University og publisert i den prestisjetunge tidsskriftet Science¹ under tittelen «Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference».

Kvante‑lyskilder

For å overføre data mellom en kvantedatamaskins underkomponenter og mellom ulike kvantedatamaskiner, må kvantedataene bevares. Dette oppnås vanligvis ved å skape sammenfiltrede partikler, spesielt fotoner.

Disse sammenfiltrede partiklene vil replikere hverandres tilstand, selv når de er adskilt over store avstander.

Hittil har forskere innen kvantedatabehandling hovedsakelig brukt «tradisjonelle» metoder for å generere sammenfiltrede fotoner. Dette er enten ved å lede fotonene gjennom bølgeledere på utvidede mikrokretser eller gjennom klumpete enheter bygget av linser, speil og stråledelere.

Problemet er at disse systemene er for store, komplekse og vanskelige å produsere i tilstrekkelige mengder for at metoden skal kunne skaleres opp til antallet som kreves av et kvantenettverk.

Et annet problem er «dekoherens». Større matematisk kompleksitet oppstår når antallet fotoner, og dermed antallet qubiter, begynner å øke.

Hver ekstra foton introduserer mange nye interferensveier, som i en konvensjonell oppsett ville kreve et raskt voksende antall stråledelere og utgangsporter.

Kvante‑metasurface

Metamaterialer

Metamaterialer endrer strukturen til et gitt materiale, og gir det andre egenskaper enn egenskapene til basismaterialene det er laget av.

Dette oppnås vanligvis ved å lage repeterende mønstre med presis form, geometri, størrelse, orientering osv., alt på nanoskalalevet.

Fremstilling av regelmessige mikro‑strukturer på en kontrollert måte kan føre til forbedret ytelse av et materiale sammenlignet med dets basiskomponent. Dette kan påvirkes av mange ulike egenskaper, som elektromagnetisk, akustisk, strukturell styrke, termisk osv.

Kilde: Science

Dette er hva Harvard‑forskerne har skapt, med en ny type metasurfaces, flate enheter gravert med nanoskalalevende mønstre som manipulerer lys.

«Vi introduserer en betydelig teknologisk fordel når det gjelder å løse skaleringsproblemet.

Nå kan vi miniaturere et helt optisk oppsett til en enkelt metasurface som er svært stabil og robust.

Kerolos M.A. Yousef – graduate student ved Harvard

Hvordan metasurface muliggjør skalerbart kvante‑lys

Den matematiske kompleksiteten til mange fotoner som kreves for komplekse kvanteberegninger kan håndteres med en gren av matematikken kalt grafteori. Enkelt forklart bruker den punkter og linjer for å representere forbindelser og relasjoner.

Kilde: Science

Mens grafteori brukes i visse typer kvantedatabehandling og kvantefeilkorrigering, har den ennå ikke blitt brukt i sammenheng med metasurfaces, spesielt i deres design og drift.

Grafteori gjorde forskerne i stand til visuelt å bestemme hvordan fotoner interfererer med hverandre og forutsi deres effekter i eksperimenter.

Ny foton‑sammenfiltringsenhet

Ved å bruke grafteori og kommersielle halvlederproduksjonsteknikker, skapte forskerne «kompakte multiport‑interferometre».

De brukte grafteori til å kode både det fysiske designet og de kvantekorrelasjonene det produserer inn i nanostrukturen til interferometerne.

«Den gir også ny innsikt i forståelsen, designet og anvendelsen av metasurfaces, spesielt for å generere og kontrollere kvante‑lys. Med graf‑tilnærmingen blir metasurface‑design og den optiske kvantetilstanden på en måte to sider av samme mynt.»

Neal Sinclair – forsker ved Harvard University

De testet deretter ytelsen ved å bruke superledende nanotråddetektorer for å måle fotonadferd.

Det viste at denne tilnærmingen gir mange fordeler:

• Designet krever ikke intrikate justeringer, noe som gjør produksjon og oppsett mye enklere.
• Det er svært motstandsdyktig mot forstyrrelser, med lave optiske tap.
• Det er enkelt å produsere, noe som gjør det mer skalerbart og kostnadseffektivt.

Dette arbeidet var hovedsakelig fokusert på mulige anvendelser i kvantedatabehandling.

Det kan imidlertid også være nyttig for kvantesensing, eller tilby «lab‑on‑a‑chip»-kapasiteter for grunnleggende vitenskapelig forskning.

«Jeg er begeistret for denne tilnærmingen, fordi den kan effektivt skalere optiske kvantedatamaskiner og nettverk – som lenge har vært deres største utfordring sammenlignet med andre plattformer som superledere eller atomer,»

Neal Sinclair – forsker ved Harvard University

Investere i kvantedatabehandling

Honeywell / Quantinuum

Quantinuum er resultatet av fusjonen mellom Honeywell Quantum Solutions og Cambridge Quantum.

Honeywell forblir selskapets majoritetsaksjonær (sannsynligvis 52 % eierskap) etter en kapitalinnhentingsrunde som verdsatte det til 5 milliarder dollar. Grunnlegger Ilyas Khan skal eie omtrent 20 % av selskapet. Andre aksjonærer inkluderer JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM og JP Morgan.

En potensiell børsnotering (IPO) av Quantinuum i fremtiden, muligens som en del av en større bedriftsrestrukturering, anslås å kunne være verdt opptil 20 milliarder dollar og kan finne sted mellom 2026 og 2027.

Kvanteregning er ikke den sentrale delen av Honeywells virksomhet; den er mer fokusert på produkter innen luftfart, automatisering og spesialkjemikalier og materialer.

Hver av disse domenene kan imidlertid dra nytte av kvanteregning, spesielt beregningskjemi og kvante‑cybersikkerhet, noe som potensielt gir Honeywell en fordel over konkurrentene.

Selskapets hovedmodell for nå er H2, en fanget‑ion 56‑qubit‑brikke, med 99,895 % to‑qubit‑gate‑fidelitet.

De neste 3 generasjonene, opp til over 1000 qubiter, er allerede planlagt, med neste utgivelser satt til 2025, 2027 og 2029.

Kilde: Quantinuum

Den siste versjonen, kalt Apollo, vil være gjennombruddet som gjør det mulig å utføre utallige kommersielle applikasjoner med kvantedatabehandling.

Avslutningsvis, gjennom en kombinasjon av fremskritt i maskinvareberedskap og QEC, har vi sikte på Apollo innen slutten av tiåret, et fullt feil‑tolerant kvante‑fordelaktig maskin. Dette vil bli et kommersielt vendepunkt: innlede en æra av vitenskapelige oppdagelser innen fysikk, materialer, kjemi og mer.

Selskapet har satset på høy‑kvalitets databehandling med svært få feil, i stedet for å legge til så mange feil‑utsatte qubiter som mulig, og skaper det såkalte «feil‑tolerante kvantedatabehandling».

Denne tilnærmingen blir kalt av selskapet «Bedre qubiter, bedre resultater», med et lignende antall qubiter som oppnår 100‑ til 1 000‑ganger mer pålitelige resultater.

Kilde: Quantinuum

Dette kan spesielt gjøre en forskjell i det akutt nødvendige kvante‑resistente kryptografiet, med forsvarsselskapet Thales (HO.PA -0,96 %) som allerede samarbeider med Quantinuum samt de internasjonale bankene HSBC og JP Morgan.

Quantinuum tilbyr også sin proprietære kvante‑beregningskjemi InQuanto, som kan brukes til farmasøytisk, materialvitenskap, kjemikalier, energi og luftfartsapplikasjoner.

Som mange andre kvantedatabehandlingsselskaper, tilbyr Quantinuum Helios, en «hardware‑as‑a‑service», som gjør det mulig for brukere å dra nytte av kvantedatabehandling uten å måtte håndtere kompleksiteten ved å drive systemet selv.

Quantinuum signerte i november 2024 et partnerskap med det tyske Infineon, Europas største halvlederprodusent. Infineon vil tilføre sin integrerte fotonikk‑ og kontroll‑elektronikk‑teknologi for å hjelpe med å skape neste generasjon av fanget‑ion kvante‑datamaskiner.

Ettersom integrert fotonikk nærmer seg praktiske bruksområder, er det nå klart hvor viktig dette partnerskapet kan være for Quantinuums fremtid. På dette tidspunktet ser det ut til at neste steg for selskapet vil være å lansere verdens første AI‑fokuserte fotonikk‑kvantebrikke.

I de kommende månedene vil Quantinuum dele resultater fra pågående samarbeid, og demonstrere det banebrytende potensialet til kvante‑drevet fremgang innen generativ KI.

Den innovative Gen QAI‑kapasiteten vil forbedre og akselerere bruken av metallorganiske rammeverk for legemiddellevering, og bane vei for mer effektive og personaliserte behandlingsalternativer, med detaljer som vil bli avduket ved lanseringen av Helios.

Quantinuum kunngjør generativ kvante‑KI‑gjennombrudd med enorm kommersiell potensial

Kunngjøringen i denne publikasjonen er en del av en rekke nyheter knyttet til den raske utviklingen av AI‑kvantedatabehandlingskoblingen gjort hos Quantinuum.

Flere pågående bruksområder kan sterkt øke selskapets fremtidige verdi, og dermed Honeywells posisjon i det, samt det potensielle overskuddet investorer kan oppnå.

(Du kan også lese vår komplette rapport om Honeywells kjernevirksomhet innen sensorer, luftfartsdeler og avanserte materialer, i tillegg til deres engasjement i Quantinuum)

Siste nyheter og utviklinger for Honeywell (HON) aksjen

Studie referert

^{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}