Är det möjligt att kedjekoppla kvantdatorer? Forskare har ett svar

Skala upp kvantdatorer

Kvantdatorer väntas en dag bli en central teknik för avancerade beräkningar inom bioteknik, materialvetenskap, finans, kryptografi och andra komplexa system som kiselbaserade datorer har svårt att hantera.

Två hinder har dock bromsat kvantdatorernas spridning.

Det första är att felfrekvensen stiger när antalet kvantbitar ökar, eftersom instabilitet kan utlösa en dominoeffekt.

Det problemet kan snart vara historia tack vare Google (GOOGL ) och Willow-kretsen, där felfrekvensen sjunker när fler kvantbitar läggs till.

Det andra problemet är att det sannolikt finns en gräns för hur stor en enskild kvantdator kan bli, precis som ett kiselchip bara kan bli så kraftfullt innan problem med strömförsörjning, överhettning och annat uppstår.

Även detta kan vara på väg att lösas genom forskare vid Oxfords universitet. De skapade ett distribuerat kvantdatornätverk som liknar servrar med kiselbaserade chip och kan bana väg för kvantsuperdatorer.

Forskarna publicerade resultaten i den ansedda tidskriften Nature under titeln ”Distribuerad kvantberäkning över en optisk nätverkslänk”¹.

Ansluta kvantdatorer

Dagens kvantdatorer fungerar som isolerade enheter med några hundra, eller i de mest avancerade fallen kanske tusen, kvantbitar.

Att göra dem större är mycket komplicerat. Ju större systemet blir, desto lättare kan instabilitet och störningar från omgivningen slå ut de kvanteffekter som datorn är beroende av.

At the same time, useful computation will likely require millions of qubits, putting the industry into a potential dead end. At least, as long as quantum computers cannot be connected to each other.

Det är lättare sagt än gjort eftersom kvantdatorer skiljer sig kraftigt från kiselchip. I traditionella datorer är 0 och 1 elektriska signaler som relativt enkelt kan överföras till en annan maskin.

I en kvantdator är det själva kvanttillståndet hos kvantbitarna som måste överföras. Dessa tillstånd är svåra att hålla stabila utanför mycket särskilda förhållanden, vanligen extremt låga temperaturer bara några grader över absoluta nollpunkten.

Utnyttja kvantteleportering

Tidigare experiment med kvantteleportering

I januari 2025 rapporterade vi de första tecknen på att kvantteleportation i optisk fiber var möjlig. Den verkade till och med kunna färdas i vanliga fibernät bredvid normala dataströmmar.

Trots att kvantteleportation låter som ett fantasifullt begrepp ur en science fiction-film är det ett verkligt fenomen som har studerats i årtionden.

Det inträffar när två partiklar kopplas samman genom det som kallas kvantsammanflätning.

När två partiklar är sammanlänkade kan de utbyta information oavsett avstånd, utan att informationen transporteras fysiskt mellan dem. I vissa fall kan informationsutbytet möjligen ske snabbare än ljuset, något som teoretiskt är omöjligt.

Detta var ett viktigt första steg eftersom det visade att vanliga kablar kan överföra kvantteleportation mellan kvantdatorer utan att helt ny teknik behövs.

But it was not yet a direct connection between 2 quantum computers.

Ansluta qubitar

Oxfordforskarna tog nästa steg. De använde optiska fibrer för att koppla samman kvantbitar och sammanfläta dem med fotoner, alltså ljuspartiklar.

Källa: Nature

I laboratorieförsöket stod modulerna ungefär två meter från varandra och innehöll egna nätverks- och kretskvantbitar. Längre avstånd bör också vara möjliga.

”Genom att finjustera dessa interaktioner kan vi utföra logiska kvantgrindar — kvantberäkningens grundläggande operationer — mellan kvantbitar i separata kvantdatorer.

Genombrottet gör att vi i praktiken kan koppla ihop skilda kvantprocessorer till en enda, fullständigt sammankopplad kvantdator.”

Dougal Main – doktorand vid forskargruppen för jonfångst‑kvantdatorer vid Oxford

Källa: Nature

Försöket använde moduler med fångade joner. Sådana kvantdatorer innehåller normalt betydligt färre kvantbitar men har mycket högre tillförlitlighet och effektivitet. Ett liknande antal kvantbitar kan ge 100–1 000 gånger mer tillförlitliga resultat än andra metoder.

Källa: Quantinuum

Hög effektivitet

Sammanflätningen mellan de nätverksanslutna kvantbitarna nådde en fidelitet på 86%.

När Grovers sökalgoritm kördes — ett användbart riktmärke där kvantdatorer klart överträffar vanliga datorer — var framgångsgraden 71%.

Grovers sökalgoritm hittar ett visst objekt i en stor, ostrukturerad datamängd mycket snabbare än en vanlig dator genom att använda superposition och sammanflätning för att utforska många möjligheter parallellt.

Det är anmärkningsvärt högt, särskilt eftersom detta var den första prestationen någonsin och metoden ännu inte hade optimerats eller förbättrats.

Betydelsen av denna upptäckt

Kvantsuperdatorer?

Det öppnar för ett helt annat sätt att bygga kvantdatorer, liknande hur superdatorer byggs av separata delsystem som utbyter beräkningar med varandra.

Ett sådant system skulle dessutom vara mycket modulärt i stället för att kräva en allt mer komplicerad, massiv och centraliserad kvantdator.

Genom att koppla samman modulerna med fotoniska länkar får systemet värdefull flexibilitet: moduler kan uppgraderas eller bytas utan att hela arkitekturen störs.

Dougal Main – doktorand vid forskargruppen för jonfångst‑kvantdatorer vid Oxford

Källa: Nature

Återuppgång för jonfångst‑teknik

Hittills har teknik med fångade joner varit den mest tillförlitliga och närmast praktisk användning, men den har begränsats av svårigheten att lägga till fler kvantbitar i ett system. Därför har system med supraledande kvantbitar väntats bli kvantdatorns slutliga form.

Om tekniken med fångade joner kan övervinna gränsen genom bättre nätverk behöver det inte längre vara sant. Företag som har specialiserat sig på området skulle då bli betydligt intressantare för investerare.

Företag för jonfångst‑kvantdatorer

IonQ

IonQ är ett kvantdatorföretag som använder fångade joner och grundades av pionjärer från University of Maryland och Duke University. Företaget börsnoterades på NYSE 2021.

IonQ:s kvantplattformar kan ge resultat med 99,9% fidelitet. Företaget använder för närvarande en kedja med 64 bariumjoner som ger 36 algoritmiska kvantbitar (AQ). Kedjestrukturen möjliggör mycket snabbare beräkningar än andra lösningar med fångade joner utan att fideliteten försämras.

Källa: IonQ

IonQ förvärvade Qubitekk i januari 2025 och fick därmed företagets team och 118 patent. Qubitekk är specialiserat på kvantnätverk och använder fotoniska sammankopplingar för att möjliggöra kvantkluster och utveckla kvantinternet.

Kvantnätverk bör möjliggöra mycket säker kommunikation och i slutänden distribuerad kvantberäkning. Med tanke på hur snabbt området utvecklas kan expertis och immateriella rättigheter inom ämnet bli avgörande för IonQ:s framtid.

IonQ utvecklar också ett partnerskap med NKT Photonics (NKT.CO) för att bidra till framtida kvantdatorer som är redo för datacenter.

Det samarbetar också med Imec on photonic integrated circuits and chip-scale ion trap technology to scale up the company’s qubit count and system size and costs.

Instead of developing its own SDK (Software Development Kit), the company is supporting all the major ones at once, and partnering with many leading companies for developing new quantum computing applications.

Källa: IonQ

För investerare som inte är intresserade av kärnverksamheten hos andra ledare som Google, Intel (INTC ), IBM eller Honeywell är IonQ det närmaste man kommer en renodlad kvantdatoraktie.

Tillsammans med konkurrenten Quantinuum, som ingår i Honeywell (HON ), hör IonQ därför till de företag som ligger närmast kommersiella kvantdatorer. Fokus ligger på system med fångade joner, hög fidelitet och färre kvantbitar.

Its early success has helped it build a strong network of partnerships with other quantum computing innovators to keep pushing this technology forward, with a recent re-focus on networked quantum computers.

Studierreferens:

^{1. Main, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P., et al.(2025) Distribuerad kvantdatorberäkning över en optisk nätverkslänk. Nature 638, 383–388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x}