Ljusburar kan lösa minnesproblemet i kvantdatorer

Flaskhalsen: Varför kvantdatorer behöver nytt minne

För att en kvantdator ska börja användas, om inte rutinmässigt, åtminstone på ett pålitligt sätt, måste den med kvantkompatibla komponenter reproducera de flesta funktioner som utförs av kiselbaserade halvledare: inte bara beräkning (processor/chip), utan även nätverk och minne.

Nätverk utveckras. Vi har sett lanseringen av QNodeOS, ett operativsystem dedikerat till kvantnätverk, tillsammans med massproducerbara fotoniska chip, erbium-nanofotoniska förstärkare, och kvantteleportering med traditionella optiska fibernätverk.

Men minnet har varit mer undflyende, även om ljudvågor kan erbjuda en slags hybridlösning på stabilitetsproblemet.

Denna svårighet uppstår eftersom qubitar är extremt instabila, vilket kräver supraledande material, total isolering från miljöinterferens och ultrakalla temperaturer.

Nätverk kan delvis hjälpa till att lindra bristen på minne genom att vidarebefordra information till andra fysiska qubitar i en kluster, men detta alternativ har sina gränser. Så småningom kommer komplexa beräkningar att kräva ett långvarigt (efter kvantstandard) minnessystem som kan behålla kvantdata på ett pålitligt sätt.

Det är exakt vad forskare i Tyskland vid Humboldt-Universität zu Berlin, Universität Stuttgart och Leibniz Institute of Photonic Technology verkar ha uppnått.

De skapade en nanoskopic “ljusbur” som kan behålla kvantdata under en oöverträffad tidslängd. De publicerade sina fynd i den vetenskapliga tidskriften Light: Science & Applications¹, under titeln “Lagring av ljus i ljusburar: en skalbar plattform för multiplexade kvantminnen”.

Vad är nanoskoptiska “ljusburar”?

Kvantminne avser komponenter som kan lagra och bevara intakt kvantinformation (qubitar).

I praktiken fungerar detta som RAM: inte för långtidslagring av data, utan för att hålla data tillgänglig för nästa steg i en beräkningsprocess.

Detta kräver tre på varandra följande steg:

1. Att fånga det kvanta tillståndet.
2. Att lagra detta tillstånd i ett format som är mer stabilt än flyktiga qubitar.
3. Att återvinna data för vidare bearbetning.

Hur 3D-utskrivna ljusburar fungerar

Grunden för de tyska forskarnas arbete är “ljusburen”. Dessa nanoskoptiska strukturer är designade för att hålla fast ljus utan att det förlorar sina kvantkaraktäristika.

Källa: Light

I detta specifika fall använde de ihåliga kärnledningar fyllda med en atomånga av cesiumatomer.

Strukturerna byggdes med nanoutskrivningsteknik, specifikt tvåfotonpolymerisationslitografi med kommersiella 3D‑skrivsystem.

För att säkerställa långsiktig stabilitet i den reaktiva cesiummiljön är strukturerna belagda med ett skyddande lager, vilket visar anmärkningsvärd hållbarhet utan någon nedbrytning även efter fem års drift.

Källa: Light

Fördelar jämfört med traditionellt kvantminne

Denna design erbjuder unika fördelar jämfört med tidigare försök.

För det första möjliggör dessa nanoutskrivna strukturer snabb diffusion av cesiumatomer. Detta minskar tiden som krävs för att fylla kärnan med atomånga från månader till bara dagar, samtidigt som utmärkt optisk fältkonfinering bibehålls.

För det andra möjliggör designen unik sidåtkomst till kärnområdena, vilket underlättar återvinning av kvantdata när det behövs.

“Vi skapade en ledande struktur som möjliggör snabb diffusion av gaser och vätskor inuti dess kärna, med den mångsidighet och reproducerbarhet som 3D‑nanoutskrivningsprocessen ger.

Detta möjliggör sann skalbarhet för denna plattform, inte bara för intra‑chip‑tillverkning av vågledarna utan även inter‑chip, för att producera flera chip med samma prestanda.”

Denna skalbarhet gör det mycket enklare att nå en industriell kommersiell fas. Den möjliggör flera ljusburar på samma chip, vilket ökar den potentiella totala minneskapaciteten för en kvantprocessor. Variationer inom ett enskilt chip hölls under 2 nanometer, medan skillnader mellan chip förblev under 15 nanometer.

Eftersom lagringsprestandan mellan olika ljusburar är minimal och konsekvent, ger designen pålitliga förväntningar för ingenjörer.

Svep för att rulla →

En annan enorm förändring jämfört med de flesta kvantdatorer är att minnet i ljusburar fungerar något över rumstemperatur och inte kräver kryogen kylning. Detta gör det inte bara mer pålitligt, utan också avsevärt mer ekonomiskt.

Hur länge kan ljusburar lagra data?

Ljusburarna möjliggör en mycket effektiv omvandling av guidade ljuspulser till kollektiva atomexcitationer. En optisk kontrolllaser kan sedan frigöra ljuset på begäran, vilket återvinner data för vidare kvantberäkningar.

Forskarteamet lyckades lagra försvagade ljuspulser som innehöll endast några få fotoner under flera hundra nanosekunder.

Källa: Light

Även om denna tidsram kan verka kort, representerar den i termer av kvantnätverk och fotoniskt minne en ovanligt lång och stabil lagringstid, särskilt för system som är kompatibla med rumstemperatur.

Skalning av kvantnätverk med optiskt minne

Medan nätverk hittills har hjälpt till att kompensera för bristen på minne, kan pålitligt minne omvänt hjälpa till att skapa mer komplexa nätverk.

Genom att skapa pålitlig lagring kan kvantminne fungera som repeatrar, vilket avsevärt ökar pålitligheten och räckvidden för kvantnätverket. Detta är ett stort steg mot att nätverka flera kvantchip i en superdator, samt att koppla fysiskt avlägsna kvantdatorer.

Slutsats

Kvantdatorer har gjort enorma framsteg de senaste åren, med nätverk och större, skalbara kvantchip som utvecklas. Den saknade länken för en fullfjädrad kvantdator eller ett storskaligt kvantnätverk var pålitliga minneskomponenter.

Användningen av dessa förbättrade ljusburar kan vara exakt nyckeln till att påskynda utvecklingen av kvantdatorer, tack vare deras billiga och pålitliga tillverkningsprocess.

Nästa steg blir sannolikt praktisk testning med befintliga kvantchip och optimering av tillverkningsprocessen för att integreras i standardpraxis för ett halvledarföretag.

Investera i kvantdatorer

Honeywell / Quantinuum (HON)

Quantinuum är resultatet av sammanslagningen av Honeywell Quantum Solutions och Cambridge Quantum.

Honeywell förblir företagets majoritetsägare (troligen 52 % ägande) efter en kapitalrunda som värderade det till 10 miljarder dollar. Grundaren Ilyas Khan rapporteras äga cirka 20 % av företaget. Andra aktieägare inkluderar JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM och JP Morgan.

En potentiell börsnotering av Quantinuum, eventuellt som en del av en större företagsomstrukturering, uppskattas av analytiker kunna vara värd så mycket som 20 miljarder dollar och kan ske mellan 2026 och 2027.

Kvantberäkning är inte den centrala delen av Honeywells verksamhet, som är mer fokuserad på produkter inom rymd, automation samt specialkemikalier och material.

Var och en av dessa områden kan dock dra nytta av kvantberäkning, särskilt beräkningskemi och kvantsäkerhet, vilket potentiellt ger Honeywell ett försprång gentemot sina konkurrenter.

Företagets huvudmodell för närvarande är Helios, eftertraktaren till H2, och den “mest exakta kvantdatorn i världen”. Den har ett rekordbrytande 98 fullt anslutna fysiska qubitar med enkel‑qubit‑gate‑fidelitet på 99,9975 % och två‑qubit‑gate‑fidelitet på 99,921 % över alla qubit‑par.

Vi utnyttjade också Helios för att utföra storskaliga simuleringar inom högtemperatur‑supraledning och kvantmagnetism—båda med tydliga vägar till verkliga industriella tillämpningar.

Företaget har strävat efter högkvalitativ beräkning med mycket få fel, snarare än att bara lägga till så många qubitar som möjligt, och skapar så kallad “fel‑tolerant kvantdator”.

Detta tillvägagångssätt benämns av företaget som “Bättre qubitar, bättre resultat”, där ett liknande antal qubitar uppnår 100‑1000‑gånger mer pålitliga resultat.

Källa: Quantinuum

Detta kan göra en märkbar skillnad i den akut behövda kvantresistenta kryptografin. Försvarsföretaget Thales (HO.PA -0,96 %) är redan i samarbete med Quantinuum, liksom internationella banker som HSBC och JP Morgan.

Quantinuum erbjuder också sin proprietära kvantberäkningskemi InQuanto, som kan användas för läkemedel, materialvetenskap, kemikalier, energi och rymdapplikationer.

Liksom många andra kvantdatorföretag erbjuder Quantinuum Helios som “hardware‑as‑a‑service”, vilket låter användare dra nytta av kvantdatorer utan att behöva hantera systemets komplexitet själva.

Quantinuum skrev i november 2024 ett partnerskap med tyska Infineon, Europas största halvledartillverkare. Infineon kommer att bidra med sin integrerade fotonik och styr‑elektronik för att hjälpa till att skapa nästa generation av fångade‑jon‑kvantdatorer.

När integrerad fotonik närmar sig praktiska användningsområden blir det tydligt hur viktig detta partnerskap kan vara för Quantinuums framtid. För närvarande verkar nästa steg för företaget vara att lansera världens första AI‑inriktade fotonik‑kvant‑chip.

Under de kommande månaderna kommer Quantinuum att dela resultat från pågående samarbeten, vilket visar den banbrytande potentialen för kvantdrivna framsteg inom generativ AI.

Den innovativa Gen QAI‑kapaciteten kommer att förbättra och påskynda användningen av metallorganiska ramar för läkemedelsleverans, vilket banar väg för mer effektiva och personliga behandlingsalternativ, med detaljer som kommer att avslöjas vid lanseringen av Helios.

Quantinuum Announces Generative Quantum AI Breakthrough with Massive Commercial Potential

Fler pågående användningsfall kan starkt öka företagets framtida värde, och därmed Honeywells andel i det.

Generativ kvant‑AI: Låser upp AI:s fulla potential

(Du kan läsa mer om resten av Honeywells industriella aktiviteter inom automation, rymd och avancerade material i den rapport som är dedikerad till företaget.)

Senaste Honeywell (HON) aktienyheter och utvecklingar

Studie refererad

^{1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Light storage in light cages: a scalable platform for multiplexed quantum memories. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5}