Stratosfæriske kvantedatasentre: Den neste skyen

Hva om «skytjenester» blir bokstavelig talt? Forskere utforsker utplasserings avanserte datamaskiner i stratosfæren for å løse et av kjerneproblemene med kvantedatamaskiner.

Hvis denne unike måte til løse problemet kan spare på kjølekostnader og endre fullstendig veien we Vet og tenke of «skytjenester».

De økende kostnadene ved kjøling av kvantedatasentre

Kvantumdatamaskiner er en type datamaskin Det bruker kvantemekanikk til å utføre komplekse beregninger mye raskere enn klassiske datamaskiner.

I motsetning til klassiske datamaskiner, som lagrer og behandler data i biter (dvs. nuller eller enere), bruker kvantedatamaskiner qubits som kan eksistere i flere tilstander samtidig, et fenomen som kalles superposisjon, og som også kan kobles sammen, et fenomen kalt forvikling. Disse egenskapene lar kvantedatamaskiner utforske mange muligheter samtidig.

Med qubits som sin grunnleggende dataenhet kan kvantedatamaskiner utføre avansert parallell beregning og nyte godt av betydelig økt lagringskapasitet. Qubits er imidlertid svært følsomme for miljøstøy, som for eksempel varme, vibrasjoner og elektromagnetisk interferens.

De er ganske enkelt svært skjøre og holdes derfor ved ekstremt lave temperaturer for å forhindre feil forårsaket av støy og for å sikre riktig funksjon.

De fleste kvantesystemer opererer faktisk ved temperaturer så lave som flere mK til 10 K.

Så, mens kvantedatasentre (QDC-er) har potensial til fullfør en oppgave dobbelt så raskt som a tradisjonelle en, de forbruker ti ganger mer energi på grunn av bruken av energikrevende kryogene kjølesystemer.

Som et resultat der is et behov til se nærmere på de QDC-er termodynamiske aspekter i rekkefølge å redusere de kjøleenergiforbruk of disse datasentrene.

Noen av de viktigste kjøleteknikkene som brukes i datasentre for kvantebrikker inkluderer laserkjøling, fortynningskjøling og pulsrørskjøling, og avanserte teknologier som bruk av den magnetokaloriske effekten (et fenomen der magnetiske materialer varmes opp når et magnetfelt påføres og kjøles ned når feltet fjernes) i superfaste stoffer får også fart.

En annen teknikk innebærer å senke kvantekretser ned i den sjeldne kryogene væsken Helium-3., som blir superfluid ved ekstremt lave temperaturer og viser unike kvanteegenskaper.

Likevel, å oppnå og opprettholde kryogene miljøer for qubits krav betydelige kostnader og energi, noe som utgjør en stor hindring for kvanteberegning adopsjon og skalering up denne raskt fremvoksende teknologien.

Dette etterlyser innovative ingeniørtilnærminger som kan muliggjøre høyytelses kvantedatamaskin.

En studie fra KAUST-forskere har gjort nettopp dette ved å foreslå utplassering av kvanteprosessorer på stratosfæriske høydeplattformer (HAP-er). Prosessorene vil bli plassert på luftskip som flyr gjennom stratosfæren i en høyde på rundt 20 kilometer, hvor omgivelsestemperaturen er -50 °C. 

Ved å utnytte disse naturlig kalde forholdene, tar forskerne sikte på å redusere kjølebehovet til kvantedatamaskiner betydelig og muliggjøre bærekraftig kvantedatabehandling med høy ytelse.

Gjør luftskip om til solcelledrevne kryogene datasentre

Det nye forslaget fra forskere ved Saudi-Arabias Kong Abdullah universitet for vitenskap og teknologi (KAUST)), publisert i tidsskriftet npj Wireless Technology¹, beskriver et nytt rammeverk for utplassering av kvantedatamaskiner i stratosfæren ved hjelp av luftskip, eller luftskip.

Det demonstrerer også at deres unike tilnærming til grønn, fleksibelt utplasserbar kvantedatamaskin i den øvre atmosfæren tilbyr overlegen energieffektivitet. Dessuten yter systemet bedre beregningsmessig enn tradisjonelle bakkebaserte datasentre.

«Ved å operere over skyene og værsystemene har luftskipet tilgang til forutsigbar og uhindret solinnstråling.»

– Ledende forfatter, Basem Shihada fra KAUST

For å kunne utnytt de kalde forholdene of stratosfæren, foreslår teamet kvantedatamaskinaktiverte plattformer i stor høyde (QC-HAP-er). Disse stratosfæriske luftskipene vil være vertskap for kvanteinnretningene som er innesluttet i kryostater for å opprettholde den nødvendige kryogene temperaturen. 

Ja, kryostater er fortsatt nødvendige for å opprettholde kvantetilstander, men i en slik høyde reduserer de naturlig lave omgivelsestemperaturene drastisk energien som trengs for kryogen kjøling. 
Sveip for å bla →

I tillegg vil luftskipene være utstyrt med solcellepaneler for å konvertere sollys til elektrisk energi og litium-svovelbatterier for å sikre problemfri drift gjennom natten og under forstyrrende vær.

I følge artikkelen ville kosmiske stråler, høyenergipartikler produsert av solen, ha en ubetydelig innvirkning på påliteligheten til stratosfæriske kvanteberegningssystemer, noe som bekrefter plattformens stratosfæriske levedyktighet. 

QC-HAP-ene som er plassert på himmelen vil være koblet til kvantedatasentre på bakken.

For dette ville HAP-er sende informasjon kodet i lysbølger av Friromsoptisk kommunikasjon (FSO). For overskyede forhold vil radiofrekvenslenker fungere som backup.

For å forhindre signalforringelse og dekoherens når data beveger seg gjennom atmosfæren, foreslår teamet å bruke mellomliggende, ballongbårne plattformer i lavere høyder. som reléstasjoner.

Det flotte med QC-HAP-er er at de kan flyttes dit de trengs, enten det er snakk om etterspurte hotspots eller avsidesliggende regioner. Denne fleksible utrullingen utvider kvantedatabehandlingsdekningen, reduserer flaskehalser i beregningen og reduserer ventetid.

De kan også kobles sammen for å øke den totale datakraften, og danne «en dynamisk flåte som er i stand til å levere skalerbare kvanteberegningstjenester på forespørsel over hele verden», sa studiens medforfatter, Wiem Abderrahim, som for tiden er forsker ved Universitetet i Kartago i Tunisia.

Denne skalerbare arkitekturen med flere HAP-konstellasjoner kan overvinne individuelle energibegrensninger og forbedre beregningsfordelene.

Ifølge forskernes beregninger kan deres soldrevne løsning redusere kjølebehovet med 21 % sammenlignet med tilsvarende kvantedatasentre på bakken.

Forskerne brukte tilnærmingen til to ledende former for kvantedatabehandling på grunn av deres modenhet, stabilitet, skalerbarhet og koherenstid. Reduksjonen i kjølebehov varierer med qubit-arkitekturen fordi hver type opererer ved et annet kryogent temperaturområde.

Én tilnærming bruker qubits basert på fangede ioner avkjølt til omtrent 4K (omtrent –269 °C). Denne fikk mest fordeler fra QC-HAP-konseptet. Den andre bruker superledende kretser som fungerer ved temperaturer mellom 10 og 20 mK.

Analysen deres viser også at disse kvanteaktiverte HAP-ene støtter 30 % flere qubits enn bakkebaserte QDC-er, samtidig som de opprettholder lavere feilrater, spesielt ved utnyttelse avanserte maskinvarefunksjoner.

Studien bemerket at energibesparelsene som oppnås med det stratosfæriske kvantesystemet, i tillegg til qubit-ene, også avhenger av datasenterets arkitektur..

Selv om det er kraftig, er dette futuristiske konseptet langt unna praktisk implementering, og krever betydelige fremskritt innen kvantedatamaskinvare, for eksempel robuste systemer for å identifisere og korrigere feil, spesielt under overføring.

Det er også de unike egenskaper ved det stratosfæriske miljøet, som sesongvariasjoner i solinnstråling og værforhold som påvirker høstet solenergi, og som igjen påvirker energieffektiviteten til den foreslåtte plattformen, noe som krever nøye vurdering.

Studiens fokus for fremtidig forskning bør være å analysere hvordan miljøfaktorer påvirker kvantesystemer og på utvikle robuste design for QC-HAPs virkelige utrulling. 

«Våre neste steg er å gå fra den konseptuelle og analytiske fasen til mer implementeringsfokuserte studier.»

– Studiens medforfatter, Osama Amin

Forskerne forventer at luftbaserte kvanteløsninger ikke vil erstatte, men eksistere ved siden av konvensjonelle bakkebaserte datasentre i et hybrid skybasert databehandlingsrammeverk fremover.

Det globale kappløpet om å gjøre kvantedatamaskiner til virkelighet

Etter hvert som forskere utforsker himmelbaserte kvanteplattformer, fortsetter store aktører i industrien å utvikle maskinvaren som trengs for kvanteæraen som disse plattformene til slutt kan støtte. 

IBM (IBM )er for eksempel blant dem som er dypt involvert i kvantedatamaskiner, og håper å levere Starling, en storskala feiltolerant kvantedatamaskin, før tiåret er over.

Selskapet annonserte nylig utviklingen av nye kvanteprosessorenheter (QPU-er) som er forventet for å hjelpe dem oppnå kvantefordel i tillegg til en fullstendig feiltolerant kvantedatamaskin.

Med 120 qubits er IBM Quantum Nighthawk dens første nye prosessor som kan behandle 30 % mer komplekse kvanteberegninger enn IBMs tidligere QPU (R2 Heron). Hver av disse qubittene kan kobles til med den nærmeste fire naboer takket være avstemmbare koblere. Dette rammeverket vil gjøre det mulig for forskere å utforske problemer som krever 5,000 to-qubit-porter, og IBM håper å ha Nighthawks fremtidige versjoner levere opptil 10 000 porter innen utgangen av 2027.

IBM Loon er den andre mindre prosessoren, som har 112 qubits og alle maskinvareelementene som kreves for full feiltoleranse for å håndtere den høye feilraten i qubits. Dette vil hjelpe teamet med å lære på forhånd om Kookaburra, enda en konseptutprøvingsprosessor, som vil være den første modulært designede kvanteprosessoren som lagrer og behandler kodet informasjon. er forventet neste år.

I tillegg delte IBM at deres nytt formatet av Fabrikasjon av kvanteprosessorer på en 300 mm (12 tommer) wafer halverer tiden som trengs for å bygge hver enkelt, samtidig som den øker de fysisk kompleksitet av chips med 10 ganger.

Mens maskinvare akselererer, varierer tidslinjene for mainstream-kvanteteknologi dramatisk mellom bransjeledere.

Kvantedatamaskiner, i følge Intels (INTC ) tidligere administrerende direktør, Pat Gelsinger, vil bli mainstream mye raskere, om omtrent to år, og vil markere slutten for GPU-er. I mellomtiden, Nvidia (NVDA ), en dominerende aktør i GPU-markedet, har sagt at det vil ta to tiår før kvanteteknologi blir mainstream.

«Vi går inn i det mest spennende tiåret eller to for teknologer», sa Gelsinger i et intervju med Financial Times. Han kalte også kvantedatamaskinering for den «hellige treenigheten» av de databehandling verden, ved siden av klassisk og AI-databehandling.

Men selv om Gelsinger også tror at et «kvantegjennombrudd» vil sprenge AI-boblen, ser Googles Sundar Pichai det som selve den neste AI-boomen.

Administrerende direktør i verdens tredje største selskap by en markedsverdi på 3.86 billioner dollar sa i et nylig intervju at kvantedatamaskiner raskt nærmer seg et gjennombruddsøyeblikk som ligner på det AI opplevde for noen år siden.

«Jeg vil si at kvanteteknologi er der, der kanskje kunstig intelligens var for fem år siden. Så jeg tror at om fem år vil vi gå gjennom en veldig spennende fase innen kvanteteknologi.»

– Pichai

Og Google posisjonerer seg aggressivt for dette skiftet. Ifølge Pichai:

«Vi har verdens fremste kvantedatamaskininnsats ... jeg tror at det å bygge kvantesystemer vil hjelpe oss med å simulere og forstå naturen bedre og åpne opp for mange fordeler for samfunnet.»

Forsterket denne utviklingen, bare forrige måned, forskere ved Google Quantum AI rapportert gjennomføring av en overflatekode² ved hjelp av tre distinkte dynamiske kretser. Dette åpner nye muligheter for praktisk anvendelse av den velkjente kvantefeilkorreksjonsteknikken (QEC) og kan også bidra til å utvikle mer pålitelige kvantedatamaskiner.

QEC er måten å få disse datamaskinene til å fungere pålitelig på. Det er også viktig for å bygge feiltolerante kvantedatamaskiner, men «implementering av QEC er en betydelig utfordring fordi kretsene for feildeteksjon og -korrigering er komplekse og krever ekstremt presise operasjoner», sa medforfatter Matt McEwen.

Overflatekoden det er snakk om fungerer ved å organisere qubits på et 2D-rutenett og deretter gjentatte ganger sjekke for feil.

Tidligere jobbet McEwen med et teoriforslag som viste at det finnes flere måter å implementere det på, spesielt ved å demonstrere gjennomførbarheten av tre distinkte dynamiske overflatekodeimplementeringer: hex, iSWAP og gåkretser.

Byggende på dette gikk teamet videre til jobbe med å bevise at de jobber i eksperimenter under virkelige forhold. 

Ved testing fant de ut at iSWAP-kretsene forbedret seg de undertrykkelse av feil med 1.56 ganger og gangkretsen med 1.69 ganger, mens sekskantkretsen gjorde det med 2.15 ganger.

«Den viktigste lærdommen fra arbeidet vårt er å bekrefte at disse dynamiske kretsimplementeringene fungerer i virkeligheten.»

– McEwen

Gjennombrudd innen qubit-stabilitet akselererer også. Princeton-ingeniører var nylig stand til å utvide qubit-levetider³ i deres nyeste forskning, som ble delvis finansiert av Google Quantum AI.

Som et stort skritt mot å utvikle nyttige kvantedatamaskiner, skapte ingeniørene en superledende qubit som forble stabil i mer enn 1 millisekund, noe som er tre ganger lenger enn de sterkeste eksisterende versjonene.

«Den virkelige utfordringen, det som hindrer oss i å ha nyttige kvantedatamaskiner i dag, er at når man bygger en qubit, varer informasjonen rett og slett ikke særlig lenge», sa medforfatter Andrew Houck, som er dekan for ingeniørfag ved Princeton. «Dette er det neste store spranget fremover.»

For å bekrefte forbedringen av qubit-koherensen bygde forskerne en fungerende kvantebrikke ved hjelp av den nye arkitekturen, som ligner på systemene utviklet av Google og ... IBM (IBM ). 

Transmon-qubit-alternativet som brukes er avhengig av superledende kretser som opererer med ekstreme frekvenser. forkjølelse temperaturer og tilby solid beskyttelse fra miljøstøy. De fungerer også bra med dagens produksjonsprosesser. Det er imidlertid ekstremt vanskelig å øke koherenstiden til disse qubittene.

Så redesignet Princeton-teamet qubitten ved hjelp av de usedvanlig robust tantal for å forhindre de energitap og allment tilgjengelig silisium av høy kvalitet som substrat. Denne tantal-silisium-brikken er ikke bare enklere å masseprodusere, men overgår også nåværende design.

Ved å kombinere disse to, sammen med raffinering av produksjonsteknikker, oppnådde teamet en av de viktigste forbedringene i transmonens historie. En hypotetisk datamaskin på 1,000 qubit kan arbeide omtrent en milliard ganger bedre hvis bransjens nåværende beste design is byttet med Princetons utforming på grunn av forbedringene skalering eksponentielt med systemstørrelsen, sa Houck.

Théau Peronnin, administrerende direktør i Alice & Bob, et selskap som utvikler et feiltolerant kvantedatasystem med Nvidia (NVDA ), sa nylig at selv om kvanteteknologi ennå ikke er avansert nok til å true dagens kryptografiske systemer, kan den bli kraftig nok til å knekke dem noen år etter 2030.

Dette utgjør en trussel ikke bare for Bitcoin (BTC ) og kryptovalutaer, men også til all bankkryptering. Han fortalte Fortune i et intervju:

«Løftet om kvantedatamaskiner er en eksponentiell økning i hastighet, men hvis du zoomer ut på en eksponentiell [kurve], er den helt flat – og så er den en vertikal vegg. Så vi er bare i begynnelsen av bøyningen. Nå er den ikke kraftigere enn smarttelefonen din for øyeblikket. Men gi den et par år, så vil den være kraftigere enn den største superdatamaskinen noensinne.»"

Selskaper jobber imidlertid med løsninger, mens forskere utvider rekkevidden til kvantenettverk. Forrige måned publiserte forskere fra University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) økte rekkevidden av kvanteforbindelser³ fra bare noen få kilometer til 2,000 km.

«For første gang er teknologien for å bygge et globalt kvanteinternett innen rekkevidde.»"

– Førsteamanuensis Tian Zhong

I studien økte teamet koherenstiden til individuelle erbiumatomer fra 0.1 millisekunder til over 10 millisekunder, og i ett tilfelle nådde de til og med 24 millisekunder.

Innovasjonen her var bygning krystallene som er avgjørende for skape kvanteforviklinger på en annen måte. For dette, de benyttes molekylærstråleepitaksi (MBE), som er i likhet med 3D-printing. «Vi starter med ingenting og setter deretter sammen denne enheten atom for atom,»" Han la til: «Kvaliteten eller renheten til dette materialet er så høy at kvantekoherensegenskapene til disse atomene blir enestående.»

Investering i kvanteteknologi

IonQ, Inc. (IONQ ) er et rendyrket kvanteselskap som bygger og kommersialiserer kvantedatamaskiner med fokus på fangede ion-qubits. Selskapet tilbyr kvantemaskinvare via store skyplattformer. Gjør kvantedatabehandling mer tilgjengelig og posisjonerer den godt for kommersiell opptak etter hvert som kvanteteknologi beveger seg mot bruk i den virkelige verden. 

IonQs aksjeutvikling gjenspeiler dette, med aksjer som for tiden handles til 48.10 dollar, en nedgang på 21 % den siste måneden, men en oppgang på over 18 % hittil i år og 67.56 % de siste tre årene. Aksjene har en EPS (TTM) på -5.35 og en P/E (TTM) på -9.21.

Når det gjelder selskapets økonomiske styrke, rapporterte det en omsetning på 39.9 millioner dollar for 3. kvartal 2025, en økning på 222 % fra året før. Nettotapet var 1.1 milliarder dollar, mens GAAP EPS var ($3.58) og justert EPS var ($0.17).

IonQ hadde 1.5 milliarder dollar i kontanter, kontantekvivalenter og investeringer ved utgangen av kvartalet. 

«Vi nådde vår tekniske milepæl for 2025, #AQ 64, tre måneder tidligere enn forventet, og dermed frigjorde vi 36 billjoner ganger mer beregningsplass enn ledende kommersielle superledende systemer. Vi oppnådde en virkelig historisk milepæl ved å demonstrere verdensrekord på 99.99 % to-qubit-gate-ytelse, noe som understreker vår vei mot 2 millioner qubits og 80 000 logiske qubits i 2030.»"

– Administrerende direktør Niccolo de Masi

I løpet av dette kvartalet fullførte IonQ også oppkjøpet av Oxford Ionics og Vector Atomic og ble tildelt en ny kontrakt med Oak Ridge National.l Laboratorium for å utvikle akselererte kvanteklassiske arbeidsflyter og avanserte energiapplikasjoner.

Klikk her for en liste over de fem største kvantedatamaskinselskapene.

Siste aksjenyheter fra IonQ, Inc. (IONQ)

Konklusjon: Når «skyen» blir kvanteteknologi

Kvantedatamaskiner utvikler seg raskt fra en ren laboratoriekuriositet til et globalt teknologikappløp, der industrigiganter som IBM, Google og Nvidia presser maskinvarekapasiteten til enestående nivåer. I mellomtiden har gjennombrudd innen qubit-koherens, kvantifisering ...um feilretting og langdistanseforviklinger løser jevnt og trutt feltets langvarige utfordringer.

Midt i dette jobber KAUSTs forslag med å gjøre «skytjenester»" en håndgripelig virkelighet, drevet av naturlige kryogene temperaturer og evig sollys. 

Disse fremskrittene viser at vi nærmer oss et historisk vendepunkt. Innen det neste tiåret er det en svært reell mulighet for at kvantedatamaskiner endelig vil gå fra teori til praktisk, omforming av kryptering, vitenskap og etter hvert kanskje til og med betydningen av «skyen»" selv.

Klikk her for en liste over de beste aksjene innen skytjenester.

Referanser

1. Abderrahim W., Amin O. og Shihada B. Grønn kvantedatamaskin på himmelen. npj trådløs teknologi 1, artikkel 5 (2025). https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch, M. McEwen, V. Sivak, A. Bourassa, J. Atalaya, J. Claes, D. Kafri, C. Gidney, C. Warren, J. Gross, A. Opremcak, N. Zobrist, KC Miao, G. Roberts, KJ Satzinger, A. Bengtsson, A.P. Livings, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, TI Andersen, M. Ansmann, F. Arute, …, A. Morvan et al. Demonstrasjon av dynamiske overflatekoder. Naturfysikk, 2025, Artikkel publisert 17. oktober 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, RJ, og Zhong, T. (2025). Dobbelte epitaksiale telekom-spinn-foton-grensesnitt med langtids koherens. Nature Communications, 16, 9814. https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6