Metasurface ใหม่สร้างแหล่งกำเนิดแสงควอนตัมที่ปรับขนาดได้

การแก้ปัญหาแสงควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีศักยภาพมากมาย ไม่ว่าจะเป็นการแก้ปัญหาการคำนวณที่ไม่สามารถคำนวณได้ด้วยวิธีอื่น หรือแม้แต่การทำลายการเข้ารหัสที่มีอยู่ทั้งหมด ไปจนถึงการสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงจากมุมมองของการใช้พลังงาน

หากคอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพเพียงพอ พวกเขาสามารถปฏิวัติวงการแพทย์ได้อย่างสมบูรณ์ผ่านการคำนวณการกำหนดค่าโปรตีนสามมิติ วิทยาศาสตร์วัสดุ การสร้างแบบจำลองสภาพอากาศ หรือแม้กระทั่ง การฝึกอบรม AI.

การสื่อสารระหว่างชิปควอนตัมและคอมพิวเตอร์ควอนตัมน่าจะเกิดขึ้นผ่านการใช้โฟตอน ซึ่งเป็นอนุภาคพื้นฐานของแสง

พูดให้ชัดเจนกว่านั้นคือ โฟตอนที่พันกัน ซึ่งพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กันผ่านปรากฏการณ์ควอนตัม แม้ว่าจะแยกออกจากกันก็ตาม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อได้รับการพิสูจน์แล้วว่า เราสามารถใช้ใยแก้วนำแสงปกติเพื่อส่งข้อมูลควอนตัมได้อย่างน้อยหลายสิบกิโลเมตร.

อย่างไรก็ตาม การผลิตโฟตอนที่พันกันเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ และขัดขวางความเป็นไปได้ในการปรับขนาดคอมพิวเตอร์ควอนตัมให้มีขนาด ความน่าเชื่อถือ และต้นทุนในระดับที่เป็นประโยชน์

มีการพัฒนาแนวทางแก้ปัญหา เช่น การผลิตโฟตอนเดี่ยวจากแหล่งโฟตอนที่ไม่สมบูรณ์ โดยผ่านระบบออปติกแบบไม่เชิงเส้นและการเคลื่อนย้ายโฟตอนเดี่ยว. การส่งเสริม ประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงโดยใช้เออร์เบียม เป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่มีศักยภาพ

แต่ท้ายที่สุดแล้ว วิธีแก้ปัญหาเหล่านี้อาจซับซ้อนเกินกว่าจะแก้ปัญหาได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเมตาแมทีเรียลที่พัฒนาขึ้นใหม่จึงอาจเปลี่ยนแปลงอนาคตของคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้ ส่วนประกอบระดับนาโนนี้สามารถถ่ายโอนข้อมูลควอนตัมที่มีค่าการดีโคฮีเรนซ์ต่ำและปรับขนาดแสงได้ ได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด และได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science อันทรงเกียรติ¹ ภายใต้ชื่อ“กราฟควอนตัมเมตาเซอร์เฟซสำหรับการรบกวนแบบฮ่องกง-โอว-มันเดลทั่วไป"

แหล่งกำเนิดแสงควอนตัม

เพื่อถ่ายโอนข้อมูลระหว่างส่วนประกอบย่อยของคอมพิวเตอร์ควอนตัมและระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมต่างๆ จำเป็นต้องรักษาข้อมูลควอนตัมไว้ ซึ่งโดยปกติจะสามารถทำได้โดยการสร้างอนุภาคพันกัน โดยเฉพาะโฟตอน

อนุภาคที่พันกันเหล่านี้จะจำลองสถานะของกันและกัน แม้จะอยู่ห่างกันเป็นระยะทางไกลก็ตาม

จนถึงขณะนี้ นักวิจัยด้านการประมวลผลควอนตัมส่วนใหญ่ใช้วิธี "ดั้งเดิม" ในการสร้างโฟตอนพันกัน ซึ่งอาจทำได้โดยการส่งผ่านโฟตอนผ่านท่อนำคลื่นบนไมโครชิปที่ขยายใหญ่ขึ้น หรือผ่านอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่สร้างจากเลนส์ กระจก และตัวแยกลำแสง

ปัญหาคือระบบเหล่านี้มีขนาดใหญ่เกินไป ซับซ้อนเกินไป และยากต่อการผลิตในปริมาณที่เพียงพอเพื่อให้วิธีการขยายขนาดให้เป็นจำนวนที่เครือข่ายควอนตัมต้องการ

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือ “การขาดความสอดคล้อง” ความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์ที่เพิ่มมากขึ้นเกิดขึ้นเมื่อจำนวนโฟตอน และจำนวนคิวบิตเริ่มเพิ่มขึ้น

โฟตอนเพิ่มเติมแต่ละตัวจะสร้างเส้นทางการรบกวนใหม่ๆ มากมาย ซึ่งในการตั้งค่าแบบเดิมจะต้องใช้ตัวแยกลำแสงและพอร์ตเอาต์พุตในจำนวนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ควอนตัมเมตาเซอร์เฟซ

วัสดุเมตา

เมตาแมทีเรียลคือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของวัสดุที่กำหนด ซึ่งทำให้วัสดุนั้นมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากคุณสมบัติของวัสดุพื้นฐานที่ใช้สร้าง

ส่วนใหญ่มักจะทำได้โดยการสร้างรูปแบบซ้ำๆ ของรูปร่าง เรขาคณิต ขนาด ทิศทาง ฯลฯ ที่แม่นยำทั้งหมดในระดับนาโน

การสร้างโครงสร้างจุลภาคที่สม่ำเสมอด้วยวิธีการควบคุมที่ดีสามารถนำไปสู่ประสิทธิภาพของวัสดุที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับส่วนประกอบพื้นฐาน ซึ่งอาจได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติต่างๆ มากมาย เช่น คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติทางเสียง ความแข็งแรงของโครงสร้าง ความร้อน เป็นต้น

ที่มา: วิทยาศาสตร์

นี่คือสิ่งที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดสร้างขึ้น โดยใช้เมตาเซอร์เฟซประเภทใหม่ ซึ่งเป็นอุปกรณ์แบนที่แกะสลักด้วยรูปแบบการจัดการแสงในระดับนาโน

“เรากำลังนำเสนอข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีที่สำคัญเมื่อพูดถึงการแก้ไขปัญหาด้านการปรับขนาด

ตอนนี้เราสามารถย่อขนาดระบบออปติคัลทั้งหมดให้เหลือเพียงเมตาเซอร์เฟซเดียวที่เสถียรและแข็งแกร่งมากได้

Kerolos MA Yousef – นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ Harvard

Metasurface ช่วยให้แสงควอนตัมปรับขนาดได้อย่างไร

ความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์ของโฟตอนจำนวนมากที่จำเป็นสำหรับการคำนวณควอนตัมที่ซับซ้อนสามารถจัดการได้ด้วยสาขาหนึ่งของคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าทฤษฎีกราฟ อธิบายง่ายๆ ก็คือใช้จุดและเส้นตรงเพื่อแสดงถึงความเชื่อมโยงและความสัมพันธ์

ที่มา: วิทยาศาสตร์

แม้ว่าทฤษฎีกราฟจะถูกนำมาใช้ในการคำนวณเชิงควอนตัมและการแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงควอนตัมบางประเภท แต่ทฤษฎีกราฟยังไม่ได้ถูกนำมาใช้ในบริบทของเมตาเซอร์เฟซ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบและการดำเนินการ

ทฤษฎีกราฟทำให้ผู้วิจัยสามารถกำหนดภาพได้ว่าโฟตอนรบกวนกันอย่างไร และสามารถคาดการณ์ผลกระทบในระหว่างการทดลองได้

อุปกรณ์พันกันของโฟตอนใหม่

นักวิจัยได้สร้าง "อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์มัลติพอร์ตขนาดกะทัดรัด" โดยใช้ทฤษฎีกราฟและเทคนิคการผลิตเซมิคอนดักเตอร์เชิงพาณิชย์

พวกเขาใช้ทฤษฎีกราฟเพื่อเข้ารหัสทั้งการออกแบบทางกายภาพและความสัมพันธ์เชิงควอนตัมที่สร้างขึ้นเป็นโครงสร้างนาโนของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์

นอกจากนี้ยังนำเสนอข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับความเข้าใจ การออกแบบ และการประยุกต์ใช้เมตาเซอร์เฟซ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างและควบคุมแสงควอนตัม ในแง่หนึ่ง ด้วยวิธีการแบบกราฟ การออกแบบเมตาเซอร์เฟซและสถานะควอนตัมเชิงแสงจะกลายเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน

นีล ซินแคลร์ – การวิจัยที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด

จากนั้นพวกเขาจึงทดสอบประสิทธิภาพโดยใช้เครื่องตรวจจับนาโนลวดตัวนำยิ่งยวดเพื่อวัดพฤติกรรมของโฟตอน

พิสูจน์แล้วว่าแนวทางนี้มีข้อดีหลายประการ:

• การออกแบบไม่จำเป็นต้องมีการจัดตำแหน่งที่ซับซ้อน ทำให้การผลิตและการตั้งค่าสะดวกยิ่งขึ้นมาก
• มีความทนทานต่อการรบกวนสูงและมีการสูญเสียแสงต่ำ
• การผลิตทำได้ง่าย ทำให้ปรับขนาดได้มากขึ้นและคุ้มต้นทุนมากขึ้น

งานนี้มุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ในการประมวลผลควอนตัมเป็นหลัก

อย่างไรก็ตาม อาจมีประโยชน์สำหรับการตรวจจับด้วยควอนตัม หรือเสนอความสามารถ "ห้องปฏิบัติการบนชิป" สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานได้เช่นกัน

“ผมรู้สึกตื่นเต้นกับแนวทางนี้ เพราะมันสามารถปรับขนาดคอมพิวเตอร์ควอนตัมออปติกและเครือข่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งถือเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดมายาวนานเมื่อเทียบกับแพลตฟอร์มอื่นๆ เช่น ตัวนำยิ่งยวดหรืออะตอม”

นีล ซินแคลร์ – การวิจัยที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด

การลงทุนในระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ฮันนี่เวลล์ / ควอนติเนียม

Quantinuum เป็นผลจากการควบรวมกิจการระหว่าง Honeywell Quantum Solutions และ Cambridge Quantum

ฮันนี่เวลล์ยังคงเป็นผู้ถือหุ้นรายใหญ่ของบริษัท (น่าจะถือหุ้นอยู่ 52%) หลังจากรอบการระดมทุนที่มูลค่า 5 พันล้านเหรียญสหรัฐรายงานระบุว่าผู้ก่อตั้ง Ilyas Khan ถือหุ้นของบริษัทอยู่ประมาณ 20% ผู้ถือหุ้นรายอื่นๆ ได้แก่ JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM และ JP Morgan

การเสนอขายหุ้นต่อสาธารณะครั้งแรก (IPO) ของ Quantinuum ในอนาคต ซึ่งอาจเป็นส่วนหนึ่งของการปรับโครงสร้างองค์กรที่ใหญ่ขึ้น คาดว่าจะมีมูลค่าสูงถึง 20 หมื่นล้านดอลลาร์ และ อาจเกิดขึ้นระหว่างปี 2026 ถึง 2027.

การประมวลผลแบบควอนตัมไม่ใช่ส่วนสำคัญของธุรกิจของฮันนี่เวลล์ แต่จะเน้นไปที่ผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ระบบอัตโนมัติ และสารเคมีและวัสดุพิเศษมากกว่า

อย่างไรก็ตาม โดเมนเหล่านี้แต่ละโดเมนอาจได้รับประโยชน์จากการประมวลผลแบบควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เคมีคำนวณ และความปลอดภัยทางไซเบอร์ในระดับควอนตัม ซึ่งอาจทำให้ Honeywell มีข้อได้เปรียบเหนือคู่แข่ง

รุ่นหลักของบริษัทในตอนนี้คือ H2 ซึ่งเป็นชิปไอออนดักจับ 56 คิวบิตที่มีความเที่ยงตรงของเกตสองคิวบิต 99.895%

มีการวางแผนไว้แล้วสำหรับ 3 เจเนอเรชันถัดไป ซึ่งมีคิวบิตสูงถึง 1000+ คิวบิต โดยกำหนดการเปิดตัวครั้งต่อไปในปี 2025, 2027 และ 2029

ที่มา: ควอนตินัม

เวอร์ชันล่าสุดซึ่งมีชื่อว่า Apollo จะเป็นความก้าวหน้าที่จะช่วยให้สามารถใช้งานการประมวลผลควอนตัมในเชิงพาณิชย์ได้มากมาย

สรุปได้ว่า ด้วยความก้าวหน้าด้านความพร้อมของฮาร์ดแวร์และ QEC ร่วมกัน เราจึงมองเห็นอนาคตของ Apollo ภายในสิ้นทศวรรษนี้ ซึ่งเป็นเครื่องจักรควอนตัมที่ทนทานต่อความผิดพลาดอย่างสมบูรณ์ นี่จะเป็นจุดเปลี่ยนทางการค้า: นำไปสู่ยุคแห่งการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ในสาขาฟิสิกส์ วัสดุ เคมี และอื่นๆ อีกมากมาย

บริษัทได้มุ่งเน้นการประมวลผลคุณภาพสูงโดยมีข้อผิดพลาดน้อยที่สุด แทนที่จะเพิ่มคิวบิตที่มีโอกาสล้มเหลวได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งสร้างสิ่งที่เรียกว่า "การประมวลผลควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด"

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

ที่มา: ควอนตินัม

สิ่งนี้สามารถสร้างความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดในการเข้ารหัสแบบต้านทานควอนตัมที่จำเป็นอย่างเร่งด่วน โดยบริษัทด้านการป้องกันประเทศ Thales (ฮ.พ -0.96%) ได้ร่วมมือกับ Quantinuum แล้ว และ ธนาคารระหว่างประเทศ HSBC และ มอร์แกน JP.

Quantinuum ยังนำเสนอเคมีเชิงคำนวณเชิงควอนตัมที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตนเองอีกด้วย อินควอนโตใช้งานได้ในด้านเภสัชกรรม วัสดุศาสตร์ เคมีภัณฑ์ พลังงาน และการบินอวกาศ

เช่นเดียวกับบริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมอื่นๆ มากมาย Quantinuum นำเสนอ Helios ซึ่งเป็น “ฮาร์ดแวร์ในรูปแบบบริการ”ทำให้ผู้ใช้สามารถได้รับประโยชน์จากการประมวลผลแบบควอนตัมโดยไม่ต้องยุ่งยากกับการใช้งานระบบด้วยตนเอง

Quantinuum ลงนามความร่วมมือกับ Infineon ของเยอรมนีในเดือนพฤศจิกายน 2024ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์รายใหญ่ที่สุดของยุโรป Infineon จะนำเทคโนโลยีโฟโตนิกส์และอิเล็กทรอนิกส์ควบคุมแบบบูรณาการมาช่วยสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนที่กักขังอยู่รุ่นต่อไป

ในขณะที่โฟโตนิกส์แบบบูรณาการกำลังเข้าใกล้การใช้งานจริงมากขึ้น บัดนี้จึงเป็นที่ประจักษ์แล้วว่าความร่วมมือครั้งนี้มีความสำคัญต่ออนาคตของควอนตินัมมากเพียงใด ณ จุดนี้ ดูเหมือนว่าขั้นตอนต่อไปของบริษัทคือการเปิดตัวชิปควอนตัมโฟโตนิกส์ที่เน้น AI ตัวแรกของโลก

ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้านี้ Quantinuum จะแบ่งปันผลลัพธ์จากความร่วมมือที่กำลังดำเนินอยู่ โดยแสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันล้ำสมัยของความก้าวหน้าที่ขับเคลื่อนด้วยควอนตัมใน Generative AI

ความสามารถ Gen QAI เชิงนวัตกรรมจะช่วยปรับปรุงและเร่งการใช้ Metallic Organic Frameworks ในการส่งยา ช่วยให้มีทางเลือกการรักษาที่มีประสิทธิภาพและเป็นรายบุคคลมากขึ้น โดยจะมีการเปิดเผยรายละเอียดในระหว่างการเปิดตัว Helios

Quantinuum ประกาศความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้าน Generative Quantum AI ที่มีศักยภาพเชิงพาณิชย์มหาศาล

การประกาศในสิ่งพิมพ์นี้เป็นส่วนหนึ่งของข่าวสารที่เกี่ยวข้องกับความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ AI-ควอนตัมที่เกิดขึ้นที่ Quantinuum

กรณีการใช้งานต่อเนื่องที่เพิ่มมากขึ้นอาจช่วยเพิ่มมูลค่าในอนาคตของบริษัทได้อย่างมาก และส่งผลต่อส่วนแบ่งของ Honeywell และกำไรที่นักลงทุนอาจได้รับจากมัน

(คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ รายงานฉบับสมบูรณ์ของเราเกี่ยวกับธุรกิจหลักของ Honeywell ในด้านเซ็นเซอร์ ชิ้นส่วนอากาศยาน และวัสดุขั้นสูง นอกเหนือจากการมีส่วนร่วมใน Quantinuum)

ข่าวและความคืบหน้าล่าสุดของหุ้น Honeywell (HON)

ศึกษาอ้างอิง

^{1. เคโรลอส แมสซาชูเซตส์ ยูเซฟ, มาร์โก ดาเลสซานโดร, แมทธิว เยห์, นีล ซินแคลร์, มาร์โก ลอนคาร์ และเฟเดริโก คาพาสโซ กราฟควอนตัมเมตาเซอร์เฟซสำหรับการรบกวนแบบฮ่องกง-โอว-มันเดลทั่วไป วิทยาศาสตร์. 24 ก.ค. 2025. เล่มที่ 389, ฉบับที่ 6758 หน้า 416-422. DOI: 10.1126/วิทยาศาสตร์.adw8404}