Byggstenar för kvantinternet blir tydligare?

Byggstenar för kvantinternet framträder

Kvantberäkning gör stora framsteg inom olika delområden av tekniken, från ökat antal qubitar till bättre möjligheter att utveckla kvantnätverk, ett helt nytt tillstånd av materia, ett operativsystem för kvantnätverk, och till och med att hitta de första användningsfallen inom AI‑träning.

Ett annat område som kräver uppmärksamhet är utvecklingen av kvantljuskällor. Detta är den typ av ljus som emitteras på ett sätt som resulterar i produktionen av ett sammanflätat par fotoner, och bara det. Sammanflätade partiklar fortsätter att interagera med varandra även när de är separerade, vilket leder till överföring av kvantegenskaper.

Denna sammanflätning kommer att vara avgörande för att nätverka kvantdatorer, eftersom endast en kvantljuskälla kan transportera kvantdata från en dator till en annan.

Hittills har pålitliga kvantljuskällor varit svåra att skapa. Ett alternativ kan vara framställning av icke‑linjär optik, med högavkastande icke‑linjär optik nyligen utvecklad av forskare vid University of Illinois.

Ett annat alternativ är att förlita sig på semiconductor gallium nitride, redan använt i chip och lasrar, även om detta fortfarande är ett pågående arbete.

A new promising option is now opening, using the rare earth element erbium, with the EQUAL initiativ (Erbium-baserade kiselkvantljuskällor) developed by a German-Danish collaboration involving the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) and the Technical University of Denmark (DTU).

Varför erbium är viktigt för kvantnätverk

Erbium är ett sällsynt jordartsämne (atomnummer 68) som främst används för sina fluorescerande egenskaper.

Modifierade erbiumglas eller kristaller används som en laser optisk förstärkare för signaler som överförs via fiberoptik. Det är också användbart i lasrar som används i kirurgi och tandvård (Er:YAG‑laser), eftersom den skapar en kraftfull men mycket ytlig tillämpning av laserenergi.

Erbium produceras huvudsakligen från mineralmalm rik på sällsynta jordartsmetaller, ofta förknippad med thoriumrika fyndigheter.

Även om erburiums förmåga att avge ljus borde göra det till en idealisk ljuskälla för kvantapplikationer, har det hittills inte varit riktigt möjligt, eftersom erbium inte reagerar tillräckligt starkt på ljusstimulering. Så i de former det för närvarande tillverkas skulle för mycket av den kvantinformation gå förlorad mellan ljuskällan och de kvantchip och minnen.

“Ett av de svåraste målen är att integrera kvantljuskällor med kvantminnen. Detta verkade orealistiskt för bara några år sedan, men nu ser vi en väg framåt.”
Søren Stobbe – Professor at the Technical University of Denmark (DTU)

Hur nanofotonik låser upp erburiums kvantpotential

Det är här forskningen vid Technical University of Denmark har gjort ett genombrott. De utvecklade en ny nanofotonisk teknik som kan göra erbium mycket mer reaktivt för ljus.

Metoden kombinerar erbiumljusemittenter med kommersiellt tillverkade nanofotoniska kiselkomponenter.

Källa: HZDR

Detta öppnade vägen för långlivade kvantminnen som kan tillverkas på wafer-skala med CMOS‑teknik.

“Vi avser att använda avancerade jonstråletekniker för att implantera erburiumatomer i små kiselstrukturer och studera hur användning av ultrarenrent kisel kan förbättra deras prestanda.”
Dr. Yonder Berencén – Professor Institute of Ion Beam Physics and Materials Research at HZDR.

Dessa kvantsystem kan användas för en rad olika tillämpningar utöver kvantnätverk och telekommunikation, särskilt integrerad fotonik med extremt låg energiförbrukning och nya nanofabrikeringsmetoder.

Den teknologiska visionen är baserad på att kombinera nanofotoniska chip från DTU med unika teknologier inom material, nanoelektromekanik, nanolitografi och kvantsystem. Det finns många olika typer av kvantljuskällor idag, men antingen fungerar de inte med kvantminnen, eller så är de inkompatibla med optiska fibrer.
Søren Stobbe – Professor at the Technical University of Denmark (DTU)

Verkliga tillämpningar av erbium‑baserat kvantljus

De viktigaste tillämpningarna av dessa projekt kommer att vara i nätverk av kvantdatorer, eftersom användning av erbium gör det kompatibelt med samma ljusvåglängder som används i fiberoptisk kommunikation.

Eftersom ett vanligt nätverk av optisk fiber nyligen demonstrerades kunna transportera kvantinformations samtidigt som normal telekomdatatrafik, kommer förmågan att använda den befintliga optiska fiberinfrastrukturen vara viktig för att göra kvantnätverket ekonomiskt livskraftigt.

Denna forskning kommer att lägga grunden för att bygga kvantenheter som kan integreras i dagens teknik.”
Dr. Yonder Berencén – Professor Institute of Ion Beam Physics and Materials Research at HZDR.

Denna forskning utfördes med stöd och utrustning från Beamfox Technologies ApS (nanoteknologi) och Lizard Photonics ApS (integrerad fotonik).

Investering i kvantberäkning

Honeywell / Quantinuum

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 5  miljarder dollar. Grundaren Ilyas Khan rapporteras äga cirka 20 % av företaget. Andra aktieägare inkluderar JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM och JP Morgan.

En potentiell börsintroduktion av Quantinuum i framtiden, eventuellt som en del av en större företagsomstrukturering, beräknas kunna vara värd upp till 20  miljarder dollar och kan ske mellan 2026 och 2027.

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

Var och en av dessa domäner kan dock dra nytta av kvantberäkning, särskilt beräkningskemi, och kvantcybersäkerhet, vilket potentiellt kan ge Honeywell ett försprång gentemot sina konkurrenter.

Företagets huvudsakliga modell för närvarande är H2, ett fångad-jon 56‑qubits‑chip med 99,895 % två‑qubit‑gate‑fidelitet.

Företaget har strävat efter högkvalitativ beräkning med mycket liten felmarginal snarare än att bara lägga till så många qubits som möjligt, vilket skapar en så kallad ”fel‑tolerant kvantberäkning”.

Denna metod benämns av företaget ”Bättre qubits, bättre resultat”, där ett liknande antal qubits uppnår 100‑ till 1 000‑ gånger mer pålitliga resultat.

Källa: Quantinuum

Detta kan särskilt göra skillnad i den akut behövda kvantresistenta kryptografin, med försvarsföretaget Thales (HO.PA -0,96 %) redan samarbetar med Quantinuum samt de internationella bankerna HSBC och JP Morgan.

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

Liksom många andra kvantberäkningsföretag erbjuder Quantinuum Helios, en ”hardware‑as‑a‑service”, vilket gör det möjligt för användare att dra nytta av kvantberäkning 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‑elektronikteknik för att hjälpa till att skapa nästa generation av fångad‑jon kvantdatorer.

Eftersom integrerad fotonik och kvantnätverk närmar sig praktiska användningsfall blir det nu tydligt hur viktig detta partnerskap kan vara för Quantinuums framtid.

I detta skede verkar nästa steg för företaget vara att släppa världens första AI‑inriktade fotonik‑kvantchip.

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 ramverk för läkemedelsleverans, vilket banar väg för mer effektiva och personliga behandlingsalternativ, med detaljer som kommer att avslöjas vid lanseringen av Helios.

Tillkännagivandet i denna publikation är en del av en rad nyheter relaterade till den snabba utvecklingen av AI‑kvantberäkningskopplingen som gjorts på Quantinuum.

Fler pågående användningsfall kan starkt öka företagets framtida värde, och därmed Honeywells andel i det samt den potentiella vinst som investerare kan göra på det.

Senaste nyheter och utveckling kring Honeywell (HON)-aktien