กรงแสงอาจช่วยแก้ปัญหาหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้

ปัญหาคอขวด: เหตุใดการคำนวณควอนตัมจึงต้องการหน่วยความจำใหม่

เพื่อให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเริ่มใช้งานได้ หากไม่ใช่เป็นประจำ ก็อย่างน้อยก็ใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือ จำเป็นต้องจำลองฟังก์ชันส่วนใหญ่ที่ทำได้โดยเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนด้วยส่วนประกอบที่เข้ากันได้กับควอนตัม ไม่ใช่แค่การคำนวณ (โปรเซสเซอร์/ชิป) เท่านั้น แต่รวมถึงการเชื่อมต่อเครือข่ายและหน่วยความจำด้วย

เทคโนโลยีเครือข่ายกำลังพัฒนาไปอย่างต่อเนื่อง เราได้เห็นการเปิดตัว QNodeOS ซึ่งเป็นระบบปฏิบัติการ อุทิศให้กับการสร้างเครือข่ายควอนตัมควบคู่ไปกับ ชิปโฟตอนิกส์ที่ผลิตได้ในปริมาณมาก, เครื่องขยายสัญญาณนาโนโฟโตนิกเออร์เบียมและ การส่งผ่านข้อมูลควอนตัมโดยใช้เครือข่ายใยแก้วนำแสงแบบดั้งเดิม.

แต่ความทรงจำนั้นกลับเป็นสิ่งที่เข้าใจยากกว่า แม้ว่าคลื่นเสียงอาจเป็นทางออกแบบผสมผสานได้ก็ตาม ในประเด็นเรื่องเสถียรภาพ

ความยากลำบากนี้เกิดขึ้นเนื่องจากคิวบิตมีความไม่เสถียรอย่างยิ่ง จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวด การแยกออกจากสิ่งรบกวนจากสิ่งแวดล้อมโดยสิ้นเชิง และอุณหภูมิที่เย็นจัด

การเชื่อมต่อเครือข่ายสามารถช่วยบรรเทาปัญหาการขาดแคลนหน่วยความจำได้บางส่วน โดยการส่งต่อข้อมูลไปยังคิวบิตทางกายภาพอื่นๆ ในกลุ่ม แต่ตัวเลือกนี้ก็มีข้อจำกัด ในอนาคต การคำนวณที่ซับซ้อนจะต้องการระบบหน่วยความจำที่มีอายุการใช้งานยาวนาน (ตามมาตรฐานควอนตัม) ซึ่งสามารถเก็บรักษาข้อมูลควอนตัมได้อย่างน่าเชื่อถือ

นี่คือสิ่งที่นักวิจัยในเยอรมนีจากมหาวิทยาลัยฮุมโบลด์แห่งเบอร์ลิน มหาวิทยาลัยสตุทการ์ท และสถาบันเทคโนโลยีโฟตอนิกส์ไลบ์นิซ ดูเหมือนจะประสบความสำเร็จแล้ว

พวกเขาสร้าง "กรงแสง" ขนาดนาโนที่สามารถเก็บรักษาข้อมูลควอนตัมได้เป็นระยะเวลานานอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน พวกเขาตีพิมพ์ผลการค้นพบในวารสารวิทยาศาสตร์ Light: Science & Applications¹ภายใต้ชื่อ “การจัดเก็บแสงในกรงแสง: แพลตฟอร์มที่ปรับขนาดได้สำหรับหน่วยความจำควอนตัมแบบมัลติเพล็กซ์"

“กรงแสง” ระดับนาโนคืออะไร?

หน่วยความจำควอนตัม หมายถึง ส่วนประกอบที่สามารถจัดเก็บและรักษาข้อมูลควอนตัม (คิวบิต) ให้คงสภาพสมบูรณ์ได้

ในทางปฏิบัติ ฟังก์ชันนี้ทำงานคล้ายกับ RAM: ไม่ใช่สำหรับการจัดเก็บข้อมูลระยะยาว แต่สำหรับการทำให้ข้อมูลสามารถเข้าถึงได้สำหรับขั้นตอนต่อไปในกระบวนการคำนวณ

ขั้นตอนนี้ต้องดำเนินการต่อเนื่องกันสามขั้นตอน:

1. การจับภาพสถานะควอนตัม
2. จัดเก็บสถานะนี้ในรูปแบบที่เสถียรกว่าคิวบิตที่ไม่เสถียร
3. กำลังดึงข้อมูลเพื่อนำไปประมวลผลเพิ่มเติม

วิธีการทำงานของกรงไฟที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

หัวใจสำคัญของงานวิจัยของนักวิจัยชาวเยอรมันคือ “กรงแสง” โครงสร้างระดับนาโนเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อกักเก็บแสงโดยไม่ทำให้คุณสมบัติทางควอนตัมของแสงหายไป

ที่มา: เบา

ในกรณีนี้ พวกเขาใช้ท่อนำคลื่นแบบกลวงที่บรรจุด้วยไออะตอมของซีเซียม

โครงสร้างเหล่านี้สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ระดับนาโน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพิมพ์แบบลิโทกราฟีพอลิเมอไรเซชันสองโฟตอนด้วยระบบการพิมพ์ 3 มิติเชิงพาณิชย์

เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่มีซีเซียมที่ทำปฏิกิริยาได้ง่าย โครงสร้างจึงถูกเคลือบด้วยชั้นป้องกัน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความทนทานที่น่าทึ่ง โดยไม่พบการเสื่อมสภาพแม้หลังจากใช้งานมาห้าปีแล้ว

ที่มา: เบา

ข้อดีเหนือกว่าหน่วยความจำควอนตัมแบบดั้งเดิม

การออกแบบนี้มีข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์เมื่อเทียบกับความพยายามในครั้งก่อนๆ

ประการแรก โครงสร้างที่พิมพ์ด้วยนาโนเทคโนโลยีเหล่านี้ช่วยให้การแพร่กระจายของอะตอมซีเซียมเป็นไปอย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยลดเวลาที่จำเป็นในการเติมแกนกลางด้วยไออะตอมจากหลายเดือนเหลือเพียงไม่กี่วัน ในขณะเดียวกันก็ยังคงรักษาการกักเก็บสนามแสงที่ดีเยี่ยมไว้ได้

ประการที่สอง การออกแบบนี้ช่วยให้สามารถเข้าถึงบริเวณแกนกลางจากด้านข้างได้อย่างเป็นเอกลักษณ์ ซึ่งอำนวยความสะดวกในการดึงข้อมูลควอนตัมเมื่อจำเป็น

“เราสร้างโครงสร้างนำทางที่ช่วยให้ก๊าซและของเหลวแพร่กระจายภายในแกนกลางได้อย่างรวดเร็ว โดยอาศัยความอเนกประสงค์และความสามารถในการผลิตซ้ำที่ได้จากกระบวนการพิมพ์นาโน 3 มิติ”

สิ่งนี้ทำให้แพลตฟอร์มนี้สามารถปรับขนาดได้อย่างแท้จริง ไม่เพียงแต่สำหรับการผลิตตัวนำคลื่นแสงภายในชิปเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระหว่างชิปด้วย เพื่อผลิตชิปหลายตัวที่มีประสิทธิภาพเท่ากัน”

ความสามารถในการปรับขนาดนี้ทำให้การก้าวไปสู่ระดับอุตสาหกรรมเชิงพาณิชย์ง่ายขึ้นมาก ช่วยให้สามารถสร้างกรงแสงหลายกรงบนชิปเดียวกันได้ ซึ่งเพิ่มศักยภาพของหน่วยความจำโดยรวมของโปรเซสเซอร์ควอนตัม ความแปรผันภายในชิปเดียวถูกจำกัดไว้ที่ต่ำกว่า 2 นาโนเมตร ในขณะที่ความแตกต่างระหว่างชิปยังคงต่ำกว่า 15 นาโนเมตร

เนื่องจากประสิทธิภาพการจัดเก็บพลังงานระหว่างกรงไฟแต่ละแบบมีน้อยและสม่ำเสมอ การออกแบบนี้จึงสร้างความน่าเชื่อถือให้กับวิศวกรได้

ปัดเพื่อเลื่อน →

อีกหนึ่งความเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ควอนตัมส่วนใหญ่คือ หน่วยความจำแบบกรงแสงทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิห้องเล็กน้อยและไม่จำเป็นต้องใช้การระบายความร้อนด้วยความเย็นจัด ทำให้ไม่เพียงแต่มีความน่าเชื่อถือมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังประหยัดค่าใช้จ่ายได้อย่างมากอีกด้วย

กรงไฟสามารถเก็บข้อมูลได้นานแค่ไหน?

โครงสร้างกรงแสงช่วยให้การแปลงพัลส์แสงนำทางไปเป็นการกระตุ้นอะตอมแบบรวมกลุ่มมีประสิทธิภาพสูง จากนั้นเลเซอร์ควบคุมเชิงแสงสามารถปล่อยแสงได้ตามต้องการ เพื่อดึงข้อมูลไปใช้ในการคำนวณควอนตัมต่อไป

ทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการเก็บรักษาพัลส์แสงที่ลดทอนลงซึ่งมีโฟตอนเพียงไม่กี่ตัวไว้ได้นานหลายร้อยนาโนวินาที

ที่มา: เบา

แม้ว่าช่วงเวลาดังกล่าวอาจดูสั้น แต่ในแง่ของเครือข่ายควอนตัมและหน่วยความจำโฟตอนิกส์ มันแสดงถึงระยะเวลาการจัดเก็บที่ยาวนานและเสถียรอย่างผิดปกติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบที่ทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง

การขยายขนาดเครือข่ายควอนตัมด้วยหน่วยความจำเชิงแสง

แม้ว่าเครือข่ายจะช่วยชดเชยการขาดแคลนหน่วยความจำได้ในระดับหนึ่ง แต่หน่วยความจำที่เชื่อถือได้อาจช่วยสร้างเครือข่ายที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นได้ในทางกลับกัน

ด้วยการสร้างระบบจัดเก็บข้อมูลที่เชื่อถือได้ หน่วยความจำควอนตัมสามารถทำหน้าที่เป็นโหนดทวนสัญญาณ ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและขอบเขตของเครือข่ายควอนตัมได้อย่างมาก นี่เป็นก้าวสำคัญสู่การเชื่อมต่อชิปควอนตัมหลายตัวเข้าด้วยกันในซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องเดียว รวมถึงการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่อยู่ห่างไกลกันทางกายภาพด้วย

สรุป

การคำนวณควอนตัมมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมีการพัฒนาเครือข่ายและชิปควอนตัมขนาดใหญ่ที่สามารถปรับขนาดได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ยังขาดอยู่สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมหรือเครือข่ายควอนตัมขนาดใหญ่ที่สมบูรณ์แบบ คือส่วนประกอบหน่วยความจำที่เชื่อถือได้

การนำกรงแสงที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้มาใช้ อาจเป็นกุญแจสำคัญในการเร่งการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม เนื่องจากกระบวนการผลิตที่ราคาถูกและเชื่อถือได้

ขั้นตอนต่อไปน่าจะเป็นการทดสอบเชิงปฏิบัติด้วยชิปควอนตัมที่มีอยู่แล้ว และการปรับปรุงกระบวนการผลิตเพื่อบูรณาการเข้ากับแนวปฏิบัติมาตรฐานของโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์

การลงทุนในระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ฮันนี่เวลล์ / ควอนทิเนียม (HON)

Quantinuum เป็นผลจากการควบรวมกิจการระหว่าง Honeywell Quantum Solutions และ Cambridge Quantum

ฮันนี่เวลล์ยังคงเป็นผู้ถือหุ้นรายใหญ่ของบริษัท (น่าจะถือหุ้นประมาณ 52%) หลังจากรอบการระดมทุนที่มูลค่า 10 พันล้านเหรียญสหรัฐรายงานระบุว่าผู้ก่อตั้ง Ilyas Khan ถือหุ้นของบริษัทอยู่ประมาณ 20% ผู้ถือหุ้นรายอื่นๆ ได้แก่ JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM และ JP Morgan

การเสนอขายหุ้น IPO ของ Quantinuum ที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งอาจเป็นส่วนหนึ่งของการปรับโครงสร้างองค์กรครั้งใหญ่ นักวิเคราะห์ประเมินว่ามีมูลค่าสูงถึง 20 พันล้านดอลลาร์ และ อาจเกิดขึ้นระหว่างปี 2026 ถึง 2027.

การคำนวณควอนตัมไม่ใช่ส่วนหลักของธุรกิจของฮันนี่เวลล์ ซึ่งเน้นไปที่ผลิตภัณฑ์ในด้านการบินและอวกาศ ระบบอัตโนมัติ และสารเคมีและวัสดุพิเศษมากกว่า

อย่างไรก็ตาม โดเมนเหล่านี้แต่ละโดเมนอาจได้รับประโยชน์จากการประมวลผลแบบควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เคมีคำนวณ และความปลอดภัยทางไซเบอร์ในระดับควอนตัม ซึ่งอาจทำให้ Honeywell มีข้อได้เปรียบเหนือคู่แข่ง

โมเดลหลักของบริษัทในขณะนี้คือ เฮลิออส (Helios) คือรุ่นต่อจาก H2 และเป็น “คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่แม่นยำที่สุดในโลก”อุปกรณ์นี้มีคิวบิตทางกายภาพที่เชื่อมต่อกันอย่างสมบูรณ์ถึง 98 ตัว ซึ่งเป็นสถิติสูงสุด โดยมีค่าความแม่นยำของเกตคิวบิตเดี่ยวอยู่ที่ 99.9975% และค่าความแม่นยำของเกตสองคิวบิตอยู่ที่ 99.921% ในทุกคู่คิวบิต

นอกจากนี้ เรายังใช้ Helios เพื่อทำการจำลองขนาดใหญ่ใน... การนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง และแม่เหล็กควอนตัม ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีแนวทางที่ชัดเจนไปสู่การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมในโลกแห่งความเป็นจริง

บริษัทดังกล่าวได้มุ่งเน้นการประมวลผลคุณภาพสูงที่มีข้อผิดพลาดน้อยมาก แทนที่จะเพียงแค่เพิ่มจำนวนคิวบิตให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า "การประมวลผลควอนตัมที่ทนต่อข้อผิดพลาด"

บริษัทเรียกแนวทางนี้ว่า “คิวบิตที่ดีกว่า ผลลัพธ์ที่ดีกว่า” ซึ่งคิวบิตจำนวนเท่ากันให้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้มากกว่าถึง 100-1,000 เท่า

ที่มา: ควอนตินัม

สิ่งนี้อาจสร้างความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดในด้านการเข้ารหัสที่ทนทานต่อควอนตัมซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นอย่างเร่งด่วน บริษัทด้านการป้องกันประเทศ Thales (ฮ.พ -0.96%) คือ ได้ร่วมมือกับ Quantinuum อยู่แล้ว, อย่างที่เป็น ธนาคารระหว่างประเทศ เช่น HSBC และ มอร์แกน JP.

Quantinuum ยังนำเสนอเคมีเชิงคำนวณเชิงควอนตัมที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเองอีกด้วย อินควอนโตใช้งานได้ในด้านเภสัชกรรม วัสดุศาสตร์ เคมีภัณฑ์ พลังงาน และการบินอวกาศ

เช่นเดียวกับบริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมอื่นๆ มากมาย Quantinuum ให้บริการ Helios ในรูปแบบ "ฮาร์ดแวร์แบบบริการ"ทำให้ผู้ใช้สามารถได้รับประโยชน์จากการประมวลผลแบบควอนตัมโดยไม่ต้องยุ่งยากกับการใช้งานระบบด้วยตนเอง

Quantinuum ลงนามความร่วมมือกับ Infineon ของเยอรมนีในเดือนพฤศจิกายน 2024ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์รายใหญ่ที่สุดของยุโรป Infineon จะนำเทคโนโลยีโฟโตนิกส์และอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมแบบบูรณาการมาช่วยสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนที่กักขังอยู่รุ่นต่อไป

เมื่อเทคโนโลยีโฟโตนิกส์แบบบูรณาการเข้าใกล้การใช้งานจริงมากขึ้นเรื่อยๆ ก็เห็นได้ชัดว่าความร่วมมือครั้งนี้มีความสำคัญต่ออนาคตของ Quantinuum มากเพียงใด ในขณะนี้ ดูเหมือนว่าขั้นตอนต่อไปของบริษัทจะเป็นการเปิดตัวชิปโฟโตนิกส์ควอนตัมที่เน้นด้าน AI เป็นครั้งแรกของโลก

ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้านี้ Quantinuum จะแบ่งปันผลลัพธ์จากความร่วมมือที่กำลังดำเนินอยู่ โดยแสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันล้ำสมัยของความก้าวหน้าที่ขับเคลื่อนด้วยควอนตัมใน Generative AI

ความสามารถ Gen QAI เชิงนวัตกรรมจะช่วยปรับปรุงและเร่งการใช้ Metallic Organic Frameworks ในการส่งยา ช่วยให้มีทางเลือกการรักษาที่มีประสิทธิภาพและเป็นรายบุคคลมากขึ้น โดยจะมีการเปิดเผยรายละเอียดในระหว่างการเปิดตัว Helios

Quantinuum ประกาศความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้าน Generative Quantum AI ที่มีศักยภาพเชิงพาณิชย์มหาศาล

กรณีการใช้งานที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องมากขึ้นอาจช่วยเพิ่มมูลค่าในอนาคตของบริษัทได้อย่างมาก และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มมูลค่าส่วนแบ่งการถือหุ้นของ Honeywell ในบริษัทดังกล่าวด้วย

ปัญญาประดิษฐ์ควอนตัมเชิงสร้างสรรค์: ปลดล็อกศักยภาพสูงสุดของปัญญาประดิษฐ์

(สามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ กิจกรรมทางอุตสาหกรรมที่เหลือของฮันนี่เวลล์ในด้านระบบอัตโนมัติ การบินและอวกาศ และวัสดุขั้นสูงในรายงานที่อุทิศให้กับบริษัท.)

ข่าวและความคืบหน้าล่าสุดของหุ้น Honeywell (HON)

ศึกษาอ้างอิง

^{1. โกเมซ-โลเปซ, อี., ริตเตอร์, ดี., คิม, เจ. เอตอัล การจัดเก็บแสงในกรงแสง: แพลตฟอร์มที่ปรับขนาดได้สำหรับหน่วยความจำควอนตัมแบบมัลติเพล็กซ์ การประยุกต์ใช้วิทยาศาสตร์แสง 15, 13 (2026) https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5}