Pagpapaandar sa Hinaharap ng Quantum: Interferensiyang Phononic at mga Bagong Materyales

Hindi tulad ng mga klasikong kompyuter, tulad ng ating mga laptop at smartphone, ang quantum computer ay gumagamit ng mga katangian ng quantum physics upang magsagawa ng mga kalkulasyon at mag-imbak ng datos, na ginagawa itong mas mahusay kaysa kahit na sa ilan sa mga pinakamahusay na supercomputer ngayon sa ilang gawain.

Sa pagkakaiba sa pag-encode ng impormasyon sa binary bits (0 o 1) tulad ng karaniwang mga kompyuter, ang pangunahing yunit ng memorya ng isang quantum computer ay qubit, na ginawa gamit ang mga pisikal na sistema tulad ng spin ng isang electron o isang oryentasyon ng photon. 

Quantum bits, o qubits, maaaring ayusin sa maraming iba’t ibang paraan nang sabay-sabay. Ito ay nangangahulugang maaari nilang ipakita ang parehong 0 at 1 nang sabay, isang katangian na tinatawag na quantum superposition. Maaari ring mag-ugnay ang mga qubit sa pamamagitan ng quantum entanglement, kung saan ang mga konektadong particle ay nagbabahagi ng parehong kapalaran kahit na gaano pa kalayo ang pagitan nila.

Bilang resulta, ang isang quantum computer ay pinaniniwalaang may kakayahang magsagawa ng mga kalkulasyon nang eksponensyal na mas mabilis kaysa sa anumang klasikong kompyuter. 

Sa benepisyong ito, nangangako ang mga quantum computer na baguhin ang makabagong kompyutasyon. Sa teorya, maaari nilang i-optimize ang lohistika, sirain ang mga karaniwang encryption scheme, magpayag ng pagtuklas ng mga bagong gamot at materyales, at tulungan ang mga pisiko na magsagawa ng mga pisikal na simulasyon. 

Habang ang mga quantum computer ay hindi pa nagiging realidad, ang paghahangad na lumikha ng isang praktikal na isa ay nagmamadali habang ang mga pangunahing kumpanya ng teknolohiya ay nagtatrabaho sa pag-scale mula sa maliliit na eksperimento sa laboratoryo patungo sa ganap na gumaganang mga sistema sa mga darating na taon.

Ipinakita na ng IBM ang kanilang detalyadong plano, kung saan si Jay Gambetta, pinuno ng quantum initiative ng IBM, ay nagsabi sa Financial Times na hindi na ito pangarap:

“Talagang pakiramdam ko ay nabasag na namin ang code at magagawa naming buuin ang makinang ito sa katapusan ng dekada.”

Habang ang Google, isang Alphabet (GOOG ) na pag-aari, ay kumpiyansa rin sa kakayahan nitong lumikha ng isang industrial-scale na sistema sa takdang panahon, inaasahan ng Amazon (AMZN ) ang ilang dekada pa bago maging tunay na kapaki-pakinabang ang mga makinang ito.

Malinaw na may matinding pokus sa lumalabas na teknolohiyang ito sa mga pinakamalalaking manlalaro ng industriya, bagaman ang kanilang aktwal na pag-aampon ay patuloy na hinaharangan ng ilang hamon.

Kasama dito ang pagiging madaling maapektuhan ng mga qubit sa mga kaguluhan sa kapaligiran, na kilala rin bilang “ingay.” Mga salik tulad ng init, pagyanig, at electromagnetic fieldsay maaaring magdulot na mawalan ang qubit ng mga katangian nitong quantum. Ang prosesong ito, na kilala bilang quantum decoherence, ay nagiging sanhi ng pag-crash ng sistema atnagpapakilala ng mga error sa mga kalkulasyon. Ang pagiging sensitibong ito ay isang malaking hamon sa pagbuo at pagpapatakbo ng mga quantum computer.

Upang maprotektahan ang mga qubit mula sa panlabas na panghihimasok, ang mga siyentipiko ay pisikal na ini-isolate ang mga ito, pinapalamig, o pinapabagsak ng pinagsama-samang mga burst ng enerhiya.

Bukod sa ingay, ang error correction, scalability, espesyal na kaalaman, pagiging mapagkukunan-intensibo, at integrasyon sa mga klasikong sistema ay iba pang hamon na kinahaharap ng mga quantum computer. Ang maganda ay ang mga isyung ito ay aktibong tinutugunan ng mga kumpanya at siyentipiko sa pamamagitan ng iba’t ibang pamamaraan upang gawing realidad ang mga quantum computer.

Neglectons: Mga Hindi Napapansing Particle sa Quantum Computing

Isa sa mga paraan upang mapagtagumpayan ang kahinaan ng mga qubit sa pagbuo ng matatag na quantum computer ay ang pagsasama nila sa mga matematikal na elemento na dati nang itinuturing na walang kabuluhan. 

Iniulat ng mga matematiko noong nakaraang linggo ang pagtuklas na ito, na nagbanggit na ang mga hindi napapansing particle na tinatawag na “neglectons” ay maaaring makatulong na baguhin ang sektor¹.

Ang quasiparticle na tinalakay dito ay tinatawag na Ising anyon, na umiiral lamang sa mga 2D system at siyang core ng topological quantum computing. Ibig sabihin, ang mga anyon ay hindi nag-iimbak ng impormasyon sa mga particle kundi sa paraan ng kanilang pag-ikot sa isa’t isa, na mas matibay laban sa ingay. Ang problema dito ay ang mga Ising anyon ay hindi universal.

Upang tugunan ito, lumapit ang koponan sa “non-semisimple topological quantum field theory.” Ang teoryang ito ay nagpapahintulot sa prediksyon ng mga bagong, hindi pa kilalang particle “sa pamamagitan lamang ng pag-unawa sa simetriya ng nangyayari.”

Ayon dito, bawat particle ay may quantum dimension, isang numero na nagpapakita kung gaano karaming “bigat” o impluwensya ang mayroon ito sa sistema. Habang ang particle na may zero na bigat ay karaniwang itinatapon, sa mga bagong non-semisimple na bersyon, ang mga particle na iyon ay pinapanatili bago malaman kung paano gawin na ang numerong iyon ay hindi zero.

Ang muling binigyang-kahulugan na mga napapansing bahagi ay nagbibigay ng mga kakulangan na kakayahan ng Ising anyons. 

Ipinakita ng pag-aaral na sa pamamagitan lamang ng isang neglecton, ang particle ay may kakayahang magsagawa ng universal computation sa pamamagitan ng braiding. Kapansin-pansin, ang mga Ising anyon ay maaaring lumikha ng superpositions dahil nakadepende sila sa hugis ng braiding path at hindi sa eksaktong lokasyon, at ay natural na protektado mula sa maraming uri ng ingay.

Pagsasanay ng AI upang Mabisang Iayos ang mga Atom

Sa isa pang pagkakataon, ang mga mananaliksik gumamit ng AI upang buuin ang ‘utak’ ng isang quantum computer².

Angkoponan ay gumamit ng artificial intelligence upang makabuo ng pinaka-optimal na paraan upang mabilis na pagsamahin ang isang network ng mga atom na maaaring magsilbing utak ng quantum computer balang araw sa hinaharap.

Ayon sa co-author ng pag-aaral, Jian-Wei Pan, isang physicist sa University of Science and Technology of China:

“Ang AI para sa agham ay lumilitaw bilang isang makapangyarihang paradigma para harapin ang mga kumplikadong problemang siyentipiko.”

Sa pagbuo ng ‘neutral atom arrays’, ang hamon ay alamin kung paano iayos ang mga ito sa isang “epektibo, mabilis, at scalable na paraan” na nalutas ng AI.

Ginagamit ng mga mananaliksik ang neutral atoms, trapped ions, at superconducting circuits upang lumikha ng mga qubit dahil sa kanilang kakayahang mapanatili ang mga quantum state nang medyo mahabang panahon. Kapag ang mga atom ay ginamit bilang mga qubit, ang mga ito ay na-trap gamit ang laser light at nag-iimbak ng quantum information sa energy level ng kanilang mga electron.

Ang ideya ay gumamit ng sapat na dami ng mga atom upang matulungan ang quantum computer na mapagtagumpayan ang mga error. Kaya, sinanay ng koponan ang AI model kung paano maaaring ilagay ang rubidium (Rb) atoms sa iba’t ibang grid configuration gamit ang iba’t ibang pattern ng laser light. Pagkatapos, batay sa mga panimulang lokasyon ng mga atom, maaaring kalkulahin ng AI model ang eksaktong pattern ng ilaw na kinakailangan upang iayos ang mga ito sa 2D at 3D na hugis.

Gamit ang kanilang AI model, nag-assemble ang koponan ng isang array na may hanggang 2,024 rubidium atoms sa loob lamang ng 60 milliseconds. Binanggit ng pag-aaral:

“Ang protokol na ito ay madaling magamit upang lumikha ng defect-free na mga array ng sampu-sampung libong atom gamit ang kasalukuyang teknolohiya at maging isang kapaki-pakinabang na toolbox para sa quantum error correction.”

Magic State Distillation ng Logic Qubits

Samantala, noong nakaraang buwan, ang mga siyentipiko nakamit ang isang ‘magic state’ breakthrough³ upang makabuo ng mga error-free na quantum computer.

Talagang ipinakita ng mga siyentipiko ang isang phenomenon na tinatawag na ‘magic state distillation,’ na, bagaman iminungkahi dalawang dekada na ang nakalipas, ay hindi pa nagamit sa logical qubits hanggang ngayon. Ito ay sa kabila ng pagiging itinuturing na kritikal sa paggawa ng ‘magic states,’ na ay kinakailangan upang matupad ang buong potensyal ng mga quantum computer.

Ang mga ganitong estado ay inihahanda nang maaga upang magamit bilang mga mapagkukunan ng mga komplikadong quantum algorithm.

Para magamit ng mga algorithm, ang pinakamataas na kalidad ng magic states ay unang “pinurify” sa pamamagitan ng isang filtering process na tinatawag na magic state distillation. Bagaman posible ito sa simpleng, error-prone na physical qubits, ang prosesong ito ay hindi posible sa mga logical qubits na ay naka-configure upang matuklasan at itama ang mga error.

Ngayon, sa unang pagkakataon, ipinakita ng mga siyentipiko ang magic state distillation sa praktika sa mga logical qubits.

Gamit ang neutral-atom Gemini quantum computer, nag-distill ang mga siyentipiko ng limang imperfect na magic states tungo sa isang mas malinis na magic state. Sa pamamagitan ng paggawa nito sa Distance-3 at Distance-5 na logical qubit nang hiwalay, ipinakita ng mga siyentipiko na ang proseso ng distillation ay sumusukat sa kalidad ng logical qubit.

Bilang resulta nito, ang fidelity ng huling magic state ay lampas sa anumang input fidelity, na nagpapatunay na ang disturbance-resistant na magic state distillation ay talagang gumagana sa praktika.

Pagbubukas ng Quantum Memory Gamit ang Mga Alon ng Tunog

Kamakailan lamang, noong nakaraang linggo, inilathala ng mga siyentipiko ng Caltech ang kanilang pananaliksik na nagpakita ng mga alon ng tunog na nagbubukas ng isa pang paraan patungo sa praktikal na quantum computing⁴.

Nagawa nila ang isang hybrid quantum memory na nagbabago ng elektrikal na impormasyon sa tunog. Ito ay nagpapahintulot sa mga quantum state na mabuhay nang hanggang tatlumpung beses na mas matagal kaysa sa karaniwang superconducting systems, kung saan ang maingat na dinisenyong resonators ay nagpapahintulot sa mga electron na bumuo ng superconducting qubits na mahusay sa pagsasagawa ng mabilis, komplikadong operasyon ngunit hindi angkop para sa pangmatagalang imbakan. 

Ang pag-iimbak ng impormasyon sa mga quantum state ay patuloy na hamon, upang tugunan ito, lumilikha ang mga mananaliksik ng “quantum memories” upang hawakan ang quantum information para sa isang panahon na lagpas sa karaniwang ginagamit na superconducting qubits. At ang bagong hybrid na pamamaraan ng koponan ng Caltech ay nagpalawig ng quantum memory. 

“Kapag mayroon ka nang quantum state, maaaring ayaw mong gawin agad ang anumang bagay dito. Kailangan mong magkaroon ng paraan upang bumalik dito kapag nais mong magsagawa ng isang logical operation. Para diyan, kailangan mo ng quantum memory.”

– Mohammad Mirhosseini, assistant professor ng electrical engineering at applied physics

Kaya, nilikha ng koponan ang isang superconducting qubit sa isang chip at ikinonekta ito sa isang maliit na aparato na tinawag na mechanical oscillator, na halos katulad ng isang maliit na tuning fork. 

Ang oscillator na ito ay binubuo ng mga flexible na plato na nag-vibrate bilang tugon sa mga alon ng tunog na may GHz frequencies. Sa pag-apply ng electric charge, ang mga plato ay nakikipag-ugnayan sa mga electrical signal na nagdadala ng quantum information, na nagpapahintulot sa impormasyon na maipadala sa aparato para i-imbak bilang isang “memory” at pagkatapos ay maipadala palabas, o “naalala”.

Sa pagsukat, natuklasan ng mga mananaliksik na ang oscillator ay may lifetime, ibig sabihin ang oras na kinakailangan upang mawala ang quantum content kapag ang impormasyon ay inilagay sa aparato, na humigit-kumulang 30 beses na mas mahaba kaysa sa pinakamahusay na superconducting qubits.

Sa gitna ng lahat ng pag-unlad na ito, dalawang bagong pag-aaral na sinusuportahan ng National Science Foundation ay nakamit ang malalaking breakthrough na nagdadala sa atin ng isa pang hakbang papalapit sa praktikal na paggamit ng mga quantum computer.

Mga Bagong Quantum Material para sa Matatag na Qubits

Isang koponan ng mga mananaliksik mula sa Chalmers University of Technology, University of Helsinki, at Aalto University ang nagpakilala ng isang quantum material na maaaring baguhin magpakailanman ang quantum computing sa pamamagitan ng pagpapatatag ng mga quantum computer. Ginagawa ito sa pamamagitan ng paggamit ng magnetismo upang protektahan ang mga marupok na qubit mula sa ingay. 

Kapag pinagsama sa kanilang computational tool upang makahanap ng mga materyal na may magnetic interactions, ang breakthrough na ito ay maaaring magdala sa praktikal, fault-tolerant na mga quantum computer.

Ang bagong uri ng quantum material, kasama ang isang pamamaraan upang makamit ang katatagan, ay maaaring gawing mas matibay ang mga quantum computer, kaya binubuksan ang daan para sa kanilang praktikal na paggamit sa paghawak ng mga quantum calculation.

Sa mga nakaraang panahon, aktibong sinusuri ng mga mananaliksik ang posibilidad na lumikha ng ganap na mga bagong materyales upang lutasin ang problema ng ingay sa pamamagitan ng pagbibigay ng proteksyon laban sa mga kaguluhan sa kanilang topolohiya.

Ang mga quantum state na nangyayari at pinananatili sa pamamagitan ng mismong estruktura ng materyal na ginagamit upang lumikha ng mga qubit ay tinatawag na topological excitations. At ang mga ito ay matibay at stable. Ang hamon, gayunpaman, ay ang paghahanap ng mga materyal na natural na sumusuporta sa matibay na quantum state.

Ang pinakabagong pag-aaral ay matagumpay na nakabuo ng isa sa ganitong bagong quantum material para sa mga qubit na nagpapakita ng matibay na topological excitations⁵.

Ito ay nagmamarka ng isang pangakong hakbang patungo sa praktikal na topological quantum computing sa pamamagitan ng pagkakaroon ng katatagan na nakapaloob mismo sa disenyo ng materyal.

Ayon sa lead author ng pag-aaral, Guangze Chen, isang postdoctoral researcher sa applied quantum physics sa Chalmers:

“Ito ay isang ganap na bagong uri ng exotic quantum material na maaaring mapanatili ang mga quantum property nito kapag na-expose sa mga panlabas na kaguluhan. Maaari itong mag-ambag sa pag-develop ng mga quantum computer na sapat na matibay upang harapin ang mga quantum calculation sa praktika.”

‘Exotic quantum materials’ ay tumutukoy sa ilang bagong klase ng solid na may malalim na resiliency at matinding quantum properties, at ang paghahanap ng ganitong mga materyal ay matagal nang hamon.

Ngayon, pagdating sa bagong pamamaraan ng koponan, ang magnetismo ang susi. Ang karaniwang ginagawa ng mga mananaliksik ay sumunod sa isang matagal nang itinatag na ‘recipe’ batay sa spin-orbit coupling (SOC). Ito ay isang quantum interaction na nag-uugnay sa spin ng electron sa orbital na paggalaw nito sa paligid ng atomic nucleus upang lumikha ng topological excitations. 

Ngunit ito ay medyo hindi pangkaraniwan at maaaring magamit lamang sa limitadong bilang ng mga materyales. Bilang resulta, nagpakita ang koponan ng isang bagong pamamaraan upang makamit ang parehong epekto. Ang bagong pamamaraan ay gumagamit ng magnetismo, na mas karaniwan at madaling ma-access.

Sa pamamagitan ng pagsamantala sa magnetic interactions, nagawa ng koponan na lumikha ng matibay na topological excitations na kinakailangan para sa topological quantum computing.

“Ang advantage ng aming pamamaraan ay ang magnetismo ay natural na umiiral sa maraming materyales. Maaari mo itong ihambing sa pagluluto gamit ang pang-araw-araw na sangkap sa halip na rare spices,” pahayag ni Chen. “Ibig sabihin nito ay maaari na nating hanapin ang topological properties sa mas malawak na spectrum ng mga materyales, kasama na ang mga dati nang hindi napansin.

Bilang karagdagan sa bagong materyal at pamamaraan, nakabuo rin ang mga mananaliksik ng isang ganap na bagong computational tool.

Tinulungan sila ng tool na ito na mas mabilis makahanap ng mga bagong materyal na may nais na topological properties. Maaari nitong direktang kalkulahin kung gaano kalakas ang topological behavior ng isang materyal.

“Ang aming pag-asa ay na ang pamamaraan na ito ay makakatulong sa paggabay ng pagtuklas ng marami pang exotic na materyales,” sabi ni Chen. “Sa huli, maaari itong magdala sa susunod na henerasyon ng mga quantum computer platform, na nakabatay sa mga materyal na natural na tumatanggi sa uri ng mga kaguluhan na sumisira sa kasalukuyang mga sistema.”

Pamumuhunan sa Quantum Computing

Maraming pangunahing tech giants at mga mamumuhunan ang naglalagay ng malaking pusta sa quantum breakthroughs. Kabilang dito ang mga tulad ng IBM (IBM ), Google, Amazon, Microsoft (MSFT ), at marami pang iba. Lahat sila ay nag-i-scale ng kanilang mga quantum initiative, habang patuloy na dumadaloy ang venture capital nang walang patid sa mga startup na nagsusuri ng mga bagong materyales, error correction, at phononic technologies.

Microsoft (MSFT )

Sa lahat ng mga malalaking pangalan, ang Microsoft ay kapansin-pansing namumukod-tangi. Itinutulak nito ang parehong quantum at fusion investments, ipinapakita ang mga ito bilang complementary na teknolohiya para sa pagpapagana ng AI-driven na data centers sa hinaharap. Sa katulad na linya, ang quantum AI lab ng Google at ang multi-year quantum roadmap ng IBM ay sumasalamin sa kanilang layunin na makamit ang praktikal na quantum machine sa loob ng dekada.

Ang presyo ng share ng Microsoft ay tumaas mula sa humigit-kumulang $354 noong unang bahagi ng Abril 2025 hanggang sa tuktok na higit sa $524 noong Agosto, bago bumaba muli sa paligid ng $509 noong Agosto 19. Ang kasalukuyang valuation ng kumpanya ay may P/E ratio na 38.1, na may earnings per share (TTM) na $13.70 at dividend yield na 0.59%. At para sa FY2025, ang kita ay umabot sa $281.7 bilyon at net income na $101.8 bilyon. Ang demand para sa cloud at AI na negosyo nito, partikular, ay tumutulong itulak ang performance nito pataas.

Pinakabagong Microsoft Corporation (MSFT) Stock News at Mga Pag-unlad

Konklusyon

Ang mga quantum computer ay nagtataglay ng kakayahang magsagawa ng komplikadong kalkulasyon sa bilis na na lagpas sa mga klasikong kompyuter, na nangangako ng mga breakthrough sa iba’t ibang larangan, kabilang ang drug discovery, materials science, AI, at cryptography.

Ngunit siyempre, ang mga quantum computer ay malayo pa sa pagiging realidad pa rin, humaharap sa mga hamon tulad ng ingay, scalability, stability, storage, memory, at control. Sa positibong bahagi, patuloy na umuunlad ang mga mananaliksik sa lahat ng mga larangang ito, at sama-sama nilang dinadala tayo nang mas malapit sa pagbubukas ng praktikal na mga quantum computer!

I-click dito para sa listahan ng limang nangungunang kumpanya sa quantum computing.

Mga Sanggunian:

1. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J., at iba pa. Universal quantum computation gamit ang Ising anyons mula sa isang non-semisimple topological quantum field theory. Nature Communications, 16, 6408, inilathala noong 05 Agosto 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8
2. Ahart, J. (2025, Agosto 15). Ang AI ay tumutulong mag-assemble ng ‘brain’ ng hinaharap na quantum computer. Nature. https://doi.org/10.1038/d41586-025-02577-9
3. Sales Rodriguez, P., Robinson, J. M., Jepsen, P. N., at iba pa. Eksperimental na demonstrasyon ng logical magic state distillation. Nature, inilathala noong 14 Hulyo 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09367-3
4. Bozkurt, A. B., Golami, O., Yu, Y., at iba pa. Isang mechanical quantum memory para sa microwave photons. Nature Physics, inilathala noong 13 Agosto 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w
5. Lippo, Z., Pereira, E. L., Lado, J. L., at Chen, G. Topological zero modes at correlation pumping sa isang engineered Kondo lattice. Physical Review Letters, 134(11), 116605, inilathala noong Marso 2025. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.116605
6. Zhang, K., at iba pa. Tunable phononic quantum interference na dulot ng two-dimensional metals. Science Advances, 11, eadw1800, inilathala noong 2025. https://doi.org/10.1126/sciadv.adw1800