Pagpapalawak ng mga Quantum Computer Gamit ang Single-Atom Qubits

Single-Atom Qubits: Isang Bagong Panahon para sa Quantum Computing

Quantum computers are extraordinarily complex machines, exploiting minute variations in the behaviors of individual atoms for computation. As such, they both make use of and reveal new insights into the very nature of the universe at the atomic and individual particle scale.

Malamang na kakailanganin ang mga pananaw na ito upang makabuo ng mga quantum computer sa malakihang sukat, dahil habang mas kumplikado ang sistema, mas mahirap itong itayo nang sapat na laki para sa praktikal na paggamit.

Kamakailan, nagawang i-encode ng mga mananaliksik sa University of Sydney, Australia, ang maraming datos ng quantum calculation sa isang solong atom, na maaaring magbago ng pisikal na sukat ng mga qubit sa quantum computing (ang quantum na katumbas ng mga “normal” na bits ng computer).

Inilathala nila ang kanilang mga resulta sa prestihiyosong siyentipikong journal na Nature Physics¹, sa pamagat na “Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits”.

Pagpapahusay ng Qubit na Maaasahan

Sa kasalukuyan, ang mga qubit ay ginagawa sa pamamagitan ng metodong tinatawag na “trapped ion”, o gamit ang napakalamig na superconducting na materyales.

Pinagmulan: Forbes

May mga limitasyon ang parehong pamamaraan:

• Ang mga trapped ion ay naglalaman lamang ng ilang qubits, ngunit mas maaasahan at nagdudulot ng mas kaunting error.
• Ang mga superconducting na materyales ay may mas maraming qubits at inaasahang mas madaling i-scale up, ngunit mas madaling magkamali.

Sa parehong kaso, ang error rate ay nakakaapekto sa ratio ng physical-to-logical qubits, o ang dami ng physical qubits na kinakailangan upang lumikha ng isang functional na qubit mula sa pananaw ng pagkwenta.

Habang dumarami ang bilang ng kapaki-pakinabang (o logical) na mga qubit, lalong dumarami rin ang kinakailangang physical qubits. Kapag lumaki ito, ang napakalaking bilang ng mga qubit na kailangan upang makalikha ng isang kapaki-pakinabang na quantum machine ay nagiging isang engineering nightmare.

Kaya, ang pagpapahusay ng quantum computer upang maging mas error-resistant ay marahil ang pinakamahalagang gawain ng mga mananaliksik sa larangang ito sa kasalukuyan, dahil aalisin nito ang pangunahing hadlang sa pagbuo ng mga kapaki-pakinabang na malakihang quantum computer.

I-swipe para mag-scroll →

Pagpaliit ng mga Qubit

Gumamit ang mga Australianong mananaliksik ng isang trapped ion (na may kargadong atom ng ytterbium) na quantum computing system, at isang anyo ng pag-encode ng datos na tinatawag na Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) code.

Ang GKP ay isang uri ng code na inaasahang makakatulong sa pagwawasto ng mga error sa quantum computer. Ngunit ang paggawa nito sa praktika ay hanggang ngayon ay mahirap.

Ang susi ay lumikha ng isang “logic gate”, isang switch ng impormasyon na nagpapahintulot sa mga computer – quantum at klasikong – na maging programmable.

Gamit ang quantum control software na binuo ng Q-CTRL, isang spin-off na start-up mula sa Quantum Control Laboratory, in-encode ng mga mananaliksik ang datos sa isang solong atom, sa 3D.

Sa esensya, dalawang set ng datos ang naka-imbak bilang pag-ugong ng isang solong atom, isang set bilang pag-ugong mula “kaliwa papuntang kanan”, at isa bilang pag-ugong mula “itaas pababa”.

Epektibo, nag-iimbak kami ng dalawang error-correctable logical qubits sa isang solong trapped ion at ipinapakita ang entanglement sa pagitan nila.

Vassili Matsos – PhD student sa School of Physics at Sydney Nano

Pagbuo ng Single-Atom Logic Gate

Upang maisakatuparan ang kahanga-hangang ito sa quantum physics, gumamit sila ng kumplikadong hanay ng mga laser sa temperatura ng silid upang hawakan ang solong atom sa trap, na nagpapahintulot na kontrolin at gamitin ang natural nitong pag-ugong upang makabuo ng kumplikadong GKP codes.

Pinagmulan: Nature Physics

Ang bahaging “room temperature” ay napakahalaga, dahil ito ay likas na nagpapadali at nagpapababa ng gastos kumpara sa mga superconductive quantum computer na nangangailangan ng temperatura na malapit sa absolute zero at liquid helium.

“Ipinakita ng aming mga eksperimento ang unang pagkakamit ng isang universal logical gate set para sa mga GKP qubits.

Ginawa namin ito sa pamamagitan ng tumpak na pagkontrol sa natural na pag-ugong, o harmonic oscillations, ng isang trapped ion sa paraang maaari naming manipulahin ang indibidwal na mga GKP qubit o i-entangle ang mga ito bilang isang pares.”

Dr Tingrei Tan – University of Sydney Nano Institute

Patungo sa Maaaring I-scale na Quantum Computers

Ang kombinasyon ng mga kontrol sa room temperature, isang single-atom logic gate, at error reduction code ang dahilan kung bakit napakahalaga ng pagtuklas na ito.

Sama-sama, binubuksan nito ang daan sa isang bagong uri ng trapped-ion quantum computer na maaaring mas madaling buuin at mas madaling i-scale up.

“Nakarating ang aming mga eksperimento sa isang mahalagang milestone, na nagpapakita na ang mga high-quality quantum controls ay nagbibigay ng susi na kasangkapan upang manipulahin ang higit sa isang logical qubit.

Sa pamamagitan ng pagpapakita ng universal quantum gates gamit ang mga qubit na ito, mayroon kaming pundasyon upang magtrabaho patungo sa malakihang quantum information processing sa isang lubos na hardware-efficient na paraan.”

Dr Tingrei Tan – University of Sydney Nano Institute

Kasabay nito, ilang bagong tuklas ang kamakailan lamang na ginawa na nagpapakita ng potensyal ng pag-uugnay ng mga quantum computer. Kaya kung ang bawat isa ay nagiging mas makapangyarihan, at ang mga quantum network ay papalapit na sa realidad, maaaring magdulot ito ng isang pagsabog sa magagamit na kapasidad ng qubit.

Quantum Computers na Nagbubukas ng Bagong Physics

Ang mga scaled-up na quantum computer ay malamang na magrebolusyon sa cryptography at siyentipikong pananaliksik, salamat sa kanilang napakalaking kapasidad sa paglutas ng mga komplikadong problema na napakahirap kalkulahin gamit ang binary na mga computer.

Ngunit maaari rin itong magbukas nang hindi direkta ng isang ganap na bagong paraan para sa mga physicist na pag-aralan ang quantum realm.

Ito ang lumalabas mula sa mga pagsusuri na ginawa sa mga quantum computer ng Google ng mga mananaliksik mula sa Princeton University, Cornell University, Purdue University, University of Nottingham (UK), Technical University of Munich (Germany), at Google Research, ayon sa isang bagong publikasyon sa Nature², na may pamagat na “Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories”.

Pagsukat ng Gauge Theory

Ang Google quantum computer ay nagpapahintulot sa mga mananaliksik na mag-eksperimento at subukan ang tinatawag na “Lattice Gauge Theory” (LGT), isang uri ng quantum field theory na nagmumungkahi ng pag-iral ng mga gauge field (mga field na nagdadala ng puwersa, tulad ng electromagnetic field) at gauge boson (ang mga elementong particle na nagdadala ng mga puwersang ito).

Pinagmulan: Nature

Ipinakita ng koponan kung paano kumikilos, nagbabago, at kahit nasisira ang mga particle at ang hindi nakikitang “strings” na nag-uugnay sa kanila.

Pinagmulan: Nature

Kinumpirma ng mga mananaliksik sa pag-aaral na iyon na ang mga “strings” ay maaaring masukat at maobserbahan sa mga quantum computer.

“Sa paggamit ng kapangyarihan ng quantum processor, pinag-aralan namin ang dynamics ng isang tiyak na uri ng gauge theory at nakita kung paano nagbabago ang mga particle at ang hindi nakikitang ‘strings’ na nag-uugnay sa kanila sa paglipas ng panahon.”

Pedram Roushan – Google Quantum AI

Sa pamamagitan ng paglikha ng napaka-kontrolled na mga sitwasyon upang obserbahan ang mga quantum effect, nang hindi kinakailangan ang napakataas na antas ng enerhiya ng mga particle accelerator, nagiging malinaw na ang mga quantum computer ay maaaring maging pangunahing kasangkapan sa pananaliksik ng pundamental na pisika.

“Ipinapakita ng aming trabaho kung paano makakatulong ang mga quantum computer sa paggalugad ng mga pundamental na batas na namamahala sa ating uniberso.

Sa pamamagitan ng pagsasagawa ng simulation ng mga interaksyon na ito sa laboratoryo, maaari naming subukan ang mga teorya sa mga bagong paraan.”

Michael Knap, Professor of Collective Quantum Dynamics at the TUM School of Natural Sciences

Ang Hinaharap ng Maaaring I-scale na Quantum Computers

Ang potensyal ng Quantum Computer ay hindi pa ganap na nauunawaan, dahil patuloy itong nire-reinvent mula sa kanilang mga pangunahing prinsipyo, katulad ng unang mga computer na lumipat mula sa punch cards patungo sa vacuum tubes at pagkatapos ay silicon transistors. Ngunit ang bilis ng pagbabago ay mas mabilis.

Ibig sabihin, sa lalong madaling panahon, maaaring makakita tayo ng malaking pag-unlad sa paggawa ng mas malaki, mas makapangyarihang mga quantum computer, na maaaring i-network din para sa mas mataas na kapasidad.

Maaaring buksan nito ang daan hindi lamang sa mas mataas na kapasidad ng pagkwenta, kundi sa isang ganap na bagong pag-unawa sa mga bagay at quantum physics, halimbawa, isang ganap na bagong estado ng materya tulad ng ang kamakailang ipinakitang “topological state” ng mga koponan ng Microsoft quantum computing (Majorana-1 chip).

Pamumuhunan sa Quantum Computing

Honeywell / Quantinuum

Habang maaaring magbunyag ang quantum computer ng Google ng bagong pananaw tungkol sa teorya ng quantum physics, ang pagtuklas ng potensyal na 1-atom qubit gamit ang trapped ion technology ay tila nagpapalapit sa metodong ito sa komersyal na pagiging praktikal kumpara sa mga superconducting quantum computer.

Ang Quantinuum ay resulta ng pagsasanib ng Honeywell Quantum Solutions at Cambridge Quantum.

Ang Honeywell ay nananatiling pangunahing shareholder ng kumpanya (marahil 52% na pagmamay-ari) pagkatapos ng fundraising round na nagbigay halaga nito ng $5B. Iniulat na si Founder Ilyas Khan ay nagmamay-ari ng humigit-kumulang 20% ng kumpanya. Ang iba pang shareholders ay kinabibilangan ng JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM, at JP Morgan.

Ang potensyal na IPO ng Quantinuum sa hinaharap, maaaring bahagi ng mas malaking corporate restructuring, tinatayang may halaga na hanggang $20B at maaaring maganap sa pagitan ng 2026 at 2027.

Ang quantum computing ay hindi pangunahing bahagi ng negosyo ng Honeywell, mas nakatuon sa mga produkto sa aerospace, automation, at specialty chemicals & materials.

Ang bawat isa sa mga domain na ito ay maaaring makinabang mula sa quantum computing, lalo na sa computational chemistry at quantum cybersecurity, na maaaring magbigay sa Honeywell ng kalamangan laban sa mga kakumpitensya nito.

Ang pangunahing modelo ng kumpanya sa ngayon ay ang H2, isang trapped-ion na 56-qubit chip, na may 99.895% na two-qubit gate fidelity.

Ang kumpanya ay nagsikap para sa high-quality computing na may napakakaunting error, higit pa sa pagdagdag ng maraming qubits hangga’t maaari, na lumilikha ng tinatawag na “fault-tolerant quantum computing”.

Ang lapit na ito ay tinawag ng kumpanya na “Better qubits, better results”, kung saan ang katulad na dami ng mga qubit ay nakakamit ng 100-1,000 beses na mas maaasahang resulta.

Pinagmulan: Quantinuum

Maaaring magdulot ito ng kapansin-pansing pagkakaiba sa kagyat na kinakailangang quantum-resistant cryptography, kasama ang defense company na Thales (HO.PA -0.96%) na kasalukuyang nakikipagtulungan sa Quantinuum pati na rin ang internasyonal na bangko na HSBC at JP Morgan.

Nag-aalok din ang Quantinuum ng kanilang proprietary quantum computational chemistry InQuanto, na magagamit para sa pharmaceuticals, material sciences, chemicals, enerhiya, at mga aplikasyon sa aerospace.

Tulad ng maraming ibang quantum computing na kumpanya, nag-aalok ang Quantinuum ng Helios, isang “hardware-as-a-service”, na nagpapahintulot sa mga gumagamit na makinabang mula sa quantum computing nang hindi na kailangang harapin ang komplikasyon ng pagpapatakbo ng sistema mismo.

Ang Quantinuum ay lumagda noong Nobyembre 2024 ng isang partnership sa German na Infineon, ang pinakamalaking semiconductor manufacturer sa Europa. Magdadala ang Infineon ng kanilang integrated photonics at control electronics technology upang makatulong sa paglikha ng susunod na henerasyon ng trapped-ion quantum computers.

Habang ang integrated photonics ay papalapit na sa praktikal na mga kaso ng paggamit, malinaw na kung gaano kahalaga ang partnership na ito para sa hinaharap ng Quantinuum. Sa puntong ito, tila ang susunod na hakbang para sa kumpanya ay ilabas ang kauna-unahang AI-focused photonics-quantum chip sa mundo.

Sa mga susunod na buwan, ibabahagi ng Quantinuum ang mga resulta mula sa patuloy na mga kolaborasyon, na ipinapakita ang makabago at pambihirang potensyal ng mga quantum-driven na pag-unlad sa Generative AI.

Ang makabagong Gen QAI capability ay magpapahusay at magpapabilis sa paggamit ng Metallic Organic Frameworks para sa drug delivery, na magbubukas ng daan para sa mas epektibo at personalized na mga opsyon sa paggamot, na ilalahad sa paglulunsad ng Helios.

Quantinuum Announces Generative Quantum AI Breakthrough with Massive Commercial Potential

Ang mas marami pang patuloy na use case ay maaaring malakas na magpataas ng hinaharap na halaga ng kumpanya, at dahil dito, ang bahagi ng Honeywell dito, at ang potensyal na kita na maaaring makuha ng mga mamumuhunan.

(Maaari kang magbasa pa tungkol sa natitirang mga industriyal na aktibidad ng Honeywell sa automation, aerospace, at advanced materials sa ulat na nakatuon sa kumpanya).

Pinakabagong Balita at Pag-unlad sa Stock ng Honeywell (HON)

Mga Pag-aaral na Binanggit

<sup>1. Matsos, V.G., Valahu, C.H., Millican, M.J. et al. Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits. Nature. Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, T.A., Jobst, B., Rosenberg, E. et al. Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9</sup>