Ang Kasalukuyang Kalagayan ng Quantum Computing

Ang Quantum Computing ay Iba

Ang quantum computing ay ideya ng paggamit ng quantum physics upang magsagawa ng mga kalkulasyon, na naiiba sa karaniwang mga paraan ng computing na batay sa semiconductor. Sa halip na lumikha ng 0 at 1 (walang kuryente o may kuryente), gumagamit ito ng “quantum bits,” na tinatawag na qubits, kung saan ang datos ng particle ay maaaring 0 AT 1 sabay, o 1, o 0.

Dahil sa pangunahing pagkakaiba sa paraan ng kalkulasyon, ang quantum computing ay hindi gaanong alternatibo sa “normal” na computing kundi isang karagdagan.

Ang karaniwang computing ay gumagana nang linear at nahihirapan sa napaka-komplikadong kalkulasyon, tulad ng climate modeling, cryptography, o 3D na konfigurasyon ng kumplikadong molekula tulad ng mga protina. At ito mismo ang uri ng kalkulasyon na inaasahang magiging kahusayan ng quantum computing.

So, habang malamang na ang ating mga laptop at smartphone ay hindi kailanman magiging quantum computers, maaari nilang baguhin ang pananaliksik pang-agham.

Ang Quantum Computing ay Mahirap

Kaya, sa pangakong ang mga quantum supercomputer ay magtatanghal ng libong beses na mas mahusay kaysa sa kasalukuyang mga ito, hindi nakakagulat na maraming pananaliksik ang ginawa upang gawing realidad ang mga ito.

Ngunit ang problema ay ang paggawa kahit ng isang qubit ay teknikal na napakahirap. Ang unang kahirapan ay ang quantum computing ay gumagana lamang sa napakababang temperatura, mga isang daang antas sa itaas ng absolute zero. Sa mga kundisyong ito lamang nagiging superconductors (mga materyal na walang electrical resistance) ang ilang natatanging materyales. Ito ay kumokonsumo ng enerhiya, mahal, at mahirap makamit.

At pagkatapos, ang pamamahala upang kontrolin, manipulahin, at “basahin” ang datos sa isang qubit ay kumplikado rin, kadalasang nangangailangan ng napakakonting laser, atomic microscope, at mga sensor. Sa huli, anumang interference ay magpapawalang-saysay sa qubit, kaya kailangang makamit din ang perpektong vacuum.

Habang ang mga semiconductor chip ay nagma-manipula ng materyal sa sukat na ilang atom lamang, ang quantum computing ay naglalayong hawakan ang materyal sa antas ng particle. Kapansin-pansin, ang isang praktikal na quantum computer ay mangangailangan ng libu-libong qubits upang manatiling matatag at makipag-ugnayan sa isa’t isa.

Ang Quantum Computing ay Umuunlad

Paglagpas sa 1,000-Qubit Threshold

Isang koponan na pinamumunuan ni Propesor Gerhard Birkl mula sa “Atoms – Photons – Quanta” research group sa Department of Physics sa TU Darmstadt sa Germany kagagaling lamang lumikha ng pinakamalaking quantum computer sa ngayon.

Nilikha nila ang isang quantum computer na may 1,000 individually controllable atomic qubits, na nanalo ng karera sa larangan laban sa maraming ibang pang-agham na koponan.

Pinagmulan: Optica

Ang marka ng 1,000 ay bahagyang simboliko ngunit pati na rin malapit sa bilang na inaasahang kailangan para sa makabuluhang aplikasyon ng mga quantum computer. Kung mas mababa pa rito, karamihan ay siyentipikong kuryusidad at pangakong ideya, ngunit hindi gaanong higit pa.

Ang teknik ay gumagamit ng “optical tweezers,” na mga espesyal na laser na kayang manipulahin ang mga atom nang paisa-isa. Dahil sa pag-unlad sa micro-optics, ito ang pinaka-promising na teknik sa quantum computing para sa scalable na paraan ng pagbuo ng mas malalaking sistema.

Pinagmulan: Optica

“Habang ang bilang ng lenslets bawat square centimeter ay madaling umaabot sa 100,000 at ang mga MLA wafer na may sukat na ilang daang square centimeters ay maaaring gawin, may napakalaking potensyal ito sa scalability, na tanging limitasyon ay ang magagamit na lakas ng laser”

Pinagmulan: Optica

Sa pamamagitan ng pagpapahusay ng paggamit ng mga optical tweezers, ipinakita ni Prop. Birkl na maaaring i-engineer ang malalaking quantum computer, na may libu-libong qubits. Ito, sa kalaunan, ay magbibigay ng mahalagang kasangkapan na kailangan ng ibang mananaliksik upang magsagawa ng quantum computations.

Quantum Simulators Upang Lutasin ang Physics

Maraming problema na kinahihirapan ng mga physicist ngayon ay may kaugnayan sa pag-uugali ng particle sa quantum scale, o kahit na kapag higit sa 30 particle ang nasusubaybayan. Ito ay problema dahil ang mga karaniwang computing system ay nahihirapan sa probabilistic na pag-uugali ng mga particle at quantum physics sa pangkalahatan.

Upang lutasin ito, ang perpektong sitwasyon ay ang pag-develop ng isang “simulador ng quantum” kung saan ang mga qubit ay maaaring magsimula ng pag-uugali ng mga quantum particle. Ito ay dahil ang mga qubit ay gumagamit mismo ng mga quantum property ng pagkakaugnay at superposisyon, na mga bahaging napakahirap i-simulate sa normal na computer.

Habang ang mga quantum simulator ay esensyal na isang espesyal na uri ng quantum computer, ang isyu hanggang ngayon ay kung paano gawing kaya nilang magsimula ng maraming iba’t ibang particle sa halip na magdisenyo ng custom na quantum simulator para sa bawat tiyak na tanong pangpisika.

Natalia Chepiga and her research group, assistant professor sa Delft University of Technology in the Netherlands, maaaring nakahanap ng solusyon.

Ipinapanukala niya ang isang protocol na lumilikha ng ganap na kontrolableng quantum simulator sa isang siyentipikong paper na inilathala sa Physical Review Letters. Gumagana ito sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang laser na may magkaibang frequency o kulay, na nagdadagdag ng karagdagang dimensyon sa kalkulasyon. Sa teoretikal, ang metodong ito ay maaaring palawakin upang magdagdag ng higit sa 2 dimensyon sa quantum simulator calculus.

Pinagmulan: TU Delft

Ang ganitong uri ng quantum simulator ay maaaring magbigay ng malaking tulong sa maraming pananaliksik sa pinakaharap ng ating kasalukuyang kaalaman, kabilang ang ultra-cold physics (kasama ang superconductors), semiconductors, material sciences, telecommunications, at energy technologies (lalo na mga baterya).

QuDits Sa Halip na QuBits

Karamihan sa mga disenyo ng quantum computing ay nakatuon sa qubits, at ginagawa itong mas madaling manipulahin/program at magdagdag pa ng marami. Isang alternatibo ay ang paggamit ng quantum digits, o “qudits.”

“Ang isang quantum computer na may x qubits ay maaaring magsagawa ng 2^x na kalkulasyon. Gayunpaman, ang isang makina na may x na bilang ng qudits, kung saan ang D ay kumakatawan sa bilang ng mga estado bawat qudit, ay maaaring magsagawa ng D^x na bilang ng kalkulasyon.

Ibig sabihin, maaari mong i-encode ang parehong impormasyon sa mas kaunting quantum particle kapag gumagamit ng qudits,”

Martin Ringbauer, isang quantum physicist sa University of Innsbruck sa Austria sa IEEE Spectrum

Sa mas simpleng salita, habang dumarami ang D dimensions sa isang quantum computing system, mas nagiging exponential ang kapangyarihan nito. Bilang karagdagan sa mas epektibong kalkulasyon gamit ang qudits sa halip na qubits, inaasahan din na magiging mas maaasahan sila at mas kaunti ang tsansang magdulot ng error kumpara sa qubits.

Kaya’t malaking balita na isang pangkat ng mga mananaliksik na pinamunuan ni Andrea Morello sa USNW sa Australia ay lumikha ng isang 16-dimensyon, lubos na kontrolableng qudit computing system. Sa D=16, anumang dami ng qudit na idinadagdag sa sistema ay nagpapataas ng kapasidad ng pag-compute ng kapangyarihan 16.

Upang makamit ito, gumamit sila ng 123Sb (antimony) donor atom, na na‑ion‑implanted sa isang silicon nanoelectronic device.

“Ang pinagsamang Hilbert space ng atom ay sumasaklaw sa 16 na dimensyon, at maaaring ma‑access gamit ang parehong electric at magnetic control fields. Andrea Morello”

Nangyari ang kahanga-hangang resulta; partikular, “ang nuclear spin ay nagpapakita na ng gate fidelities na lampas sa 99% kahit anong drive mechanism.” Ang antimony atom ay isa ring pagbuti kumpara sa dating ginamit na 31P (phosphorus), dahil ang antimony ay mas mabigat na atom at mas madaling manipulahin.

Ang teknikal at siyentipikong tagumpay na ito ay patuloy pang pinapabuti, partikular sa paggamit ng isotopically purified 28Si (silicon), pagtanggal ng natitirang 29Si concentration, at pagpapabuti ng reliability ng sistema (coherence times at gate fidelities).

Kalagayan ng Pag-unlad ng Quantum Computing

Ang larangan ay nananatiling napaka‑maagang yugto, na may mga bagong konsepto na patuloy na lumilitaw, tulad ng magagamit na qudits o programmable quantum simulators.

Kasama ng pag‑unlad sa paglikha ng mga sistemang may 1,000+ qubits, ipinapakita nito na ang quantum computing ay malamang na maging napakahalagang larangan ng siyensya sa mga susunod na dekada, na may napakalaking hindi pa natutuklasang potensyal.

Sa kasalukuyan, ang pananaliksik sa material science o biochemistry ay pinapalakas ng AI, isang bagay na tinalakay namin sa aming artikulo “Disruptive Industries Coalescing Around a Core Technology – Artificial Intelligence (AI).”

Ngunit sa loob ng susunod na 5‑10 taon, maaaring magsimulang makita natin ang praktikal na resulta ng mga quantum computing calculation. Ang hardware ay ngayon lumilipat mula sa mga thought experiment at lab demonstrators patungo sa mga prototype ng commercial research computers.

Ang susunod na hakbang ay ang pag‑develop ng software na maaaring i‑maximize ang potensyal ng quantum computing—at magsimulang mag‑produce ng scale‑up na quantum computers upang mapababa ang gastos at magbigay ng ilang standardization.

Kaya, sa maraming paraan, ang quantum computing ay nasa yugong kung saan unang lumabas ang mga commercial computer mainframes noong 1950s at 1960s bago naging karaniwang business at research tool sa mga sumunod na dekada.

Mga Aplikasyon ng Quantum Computing

Bagaman mahirap hulaan nang buo, alam na natin ang ilang segment na lubos na makikinabang kapag naging mas malawak ang availability ng quantum computing:

• Biochemical modeling: mula sa pagtukoy ng 3D na hugis ng isang protina hanggang sa gene expression, ang kalkulasyon ng komplikadong biological molecules hanggang sa atom ay maaaring mag‑rebolusyon sa pananaliksik sa biotechnology.
• Climate modeling: Ang mga climate model ay labis na komplikado at humahamon sa limitasyon ng kasalukuyang supercomputers. Ang mas mahusay na pag‑unawa sa klima, na may mas pinong scale ng kalkulasyon sa modelo, kapwa sa heograpiya at oras, ay maaaring makatulong sa pag‑unawa sa mga panganib ng climate change.
• Semiconductors: Maaaring gamitin ang quantum computers upang gawing mas makapangyarihan ang mga normal na computer chips. Sa “normal” na chips na ngayon ay umaabot na sa nanometre scale, ang mga quantum phenomenon ay nagiging lalong problematiko, at maaaring kailanganin ang quantum computers upang lutasin ang mga ito.
• Material Science: Ang mas mahusay na pag‑unawa sa quantum physics at sa reaksyon ng mga materyales hanggang sa indibidwal na atom ay maaaring magbukas ng mga bagong disenyo para sa mga materyales na ginagamit sa aerospace, baterya, 3D printing, manufacturing, atbp.
• Cryptography: Maaaring gawing obsolete ng quantum computers ang lahat ng kasalukuyang cryptography methods. Ito ay seryosong alalahanin para sa militar, pinansyal & IT systems. Ngunit sa parehong oras, maaari nitong gawing mas ligtas ang cryptography.

Quantum Computing Stocks

1. International Business Machines Corporation

IBM Tsart ng Presyo

Ang International Business Machines Corporation (IBM ) (IBM) ay nanguna sa komersyalisasyon ng unang mainframe computer. Gayunpaman, nalaglag ito sa likod ng ibang mga tech giant tulad ng Apple (AAPL ), TSMC, at NVIDIA.

Gayunpaman, ito ay nasa unahan ng pag‑develop ng mga quantum computer. Halimbawa, nag‑develop ito ng 127‑qubit “Eagle” quantum computer, na sinundan ng 433‑qubit system na kilala bilang “Osprey.”

At ito ay ngayon sinusundan ng “Condor”, isang 1,121 superconducting qubit quantum processor na batay sa cross‑resonance gate technology, kasama ang “Heron”, isang quantum processor na nasa pinakaharap ng larangan.

Sa wakas, inilabas ng IBM ang Qiskit 1.0 noong Pebrero 2024, ang pinakasikat na quantum computing SDK, na may mga pagpapabuti sa circuit construction, compilation times, at memory consumption kumpara sa mga naunang bersyon.

Sa hinaharap, inanunsyo na ng IBM ang susunod na malaking layunin bilang paghahanda sa kasalukuyang quantum chips na “lumalampas” sa kasalukuyang ginagamit na infrastructure. Ang layuning ito ay kilala bilang ‘IBM Quantum System Two’; isang modular system na may potensyal na suportahan hanggang 16,632 qubits.

Ang lakas ng IBM ay palagi nang nasa pag‑develop ng ultra‑powerful supercomputers, isang segment ng merkado na nalimutan dahil sa pag‑usbong ng consumer electronics at standardized chips. Ang pag‑labas ng quantum computing ay isang pagkakataon para muling mag‑liwanag ang IBM at maging lider sa paparating na mahalagang segment ng computing para sa pananaliksik pang‑agham at pang‑malaking korporasyon.

2. Microsoft Corporation

Bilalang lider sa “normal” cloud services, ang Microsoft (MSFT ) ay pioneer sa pag‑alok ng quantum computing cloud services sa pamamagitan ng Azure Quantum. Ganap na posibleng ang karamihan ng quantum computing sa hinaharap ay gagawin ng mga mananaliksik “remotely,” umaasa sa mga cloud service tulad ng sa Microsoft, sa halip na direktang access sa kanilang sariling quantum computer.

Ito ay lalo pang malamang dahil, sa huli, ang karamihan ng mga aplikasyon ng quantum computing ay i‑research ng mga biochemist, material science expert, climate scientist, at iba pang espesyalista na walang partikular na background sa quantum computing. Kaya ang pag‑asa sa mga dedikadong propesyonal na nagtatrabaho sa mga kumpanya tulad ng IBM, Microsoft, o Google upang hawakan ang computing part ay mas makatuwiran kaysa mag‑hire o mag‑train ng mga taong walang karanasan sa larangan.

Ang serbisyo ay maaari ring mag‑alok ng “hybrid computing”, pagsasama ng quantum computing sa tradisyonal na cloud‑based supercomputer service.

Pinagmulan: Microsoft

Sa halip na vertical integration, ang approach ng Microsoft sa quantum computing ay magtatag ng mga partnership sa mga lider sa larangan na sumasaklaw sa halos lahat ng teknolohiya na posible upang makamit ang quantum computing, tulad ng IonQ (IONQ), Pasqal, Quantinuum, QCI (QUBT), at Rigetti (RGTI).

Pinagmulan: Microsoft

Ang quantum computing ay hindi sentral sa negosyo ng Microsoft, kahit ngayon. Gayunpaman, ito ay isang sentral na aktor sa sektor at maaaring maging “mas ligtas” na pagpili ng stock kumpara sa direktang pag‑acquire ng shares ng mga quantum computing partner nito na publicly traded, tulad ng QCI o Rigetti.

Ang Google ay napaka‑aktibo sa quantum computing, karamihan sa pamamagitan ng Google Quantum AI lab at Quantum AI campus sa Santa Barbara.

Ang quantum computer ng Google ay gumawa ng kasaysayan noong 2019 nang ang Google ay nag-angkin na naabot ang “quantum supremacy” gamit ang kanilang Sycamore machine, na nagsagawa ng kalkulasyon sa 200 segundo na aabutin ng tradisyonal na supercomputer ng 10,000 taon.

Ngunit marahil ang pinakamalaking kontribusyon ng Google ay sa software, isang aktibidad kung saan mas maganda ang track record nito kaysa hardware (search, G Suite, Android, atbp.). Sa kasalukuyan, ang Quantum AI ng Google ay nagbibigay ng suite ng software na dinisenyo upang tulungan ang mga siyentipiko sa pag‑develop ng quantum algorithms.

Ang Google ay malamang na isa sa mga kumpanya na magtatakda ng mga pamantayan ng quantum computing software & programming, na magbibigay ng pribilehiyong lugar upang direktang hubugin kung saan mag‑e‑evolve ang larangan sa hinaharap.

Quantinuum / Honeywell

Ang Quantinuum ay resulta ng merger ng Honeywell Quantum Solutions at Cambridge Quantum (at, tulad ng nabanggit, isang partner ng Microsoft quantum cloud computing).

Ang Quantinuum ay tila, sa ngayon, nakatuon sa mga segment na hindi gaanong nasusuri ng ibang quantum computing system, partikular na ang financial at supply chain‑related analyses, sa pamamagitan ng kanilang Quantum Monte Carlo Integration (QMCI) engine, na inilunsad noong Setyembre 2023.

Ang QMCI ay inilalapat sa mga problema na walang analytic solution, tulad ng pagpe‑price ng financial derivatives o pag‑simulate ng resulta ng high‑energy particle physics experiments, at nangangako ng computational advances sa negosyo, enerhiya, supply chain logistics, at iba pang sektor.

Katulad ng sa Microsoft, ang quantum computing ay hindi sentral na bahagi ng negosyo ng Honeywell, na mas nakatuon sa mga produkto sa aerospace, automation, at specialty chemicals & materials.

Gayunpaman, dahil halos lahat ng mga segment ng negosyo na ito ay maaaring makinabang mula sa quantum computing, hindi mahirap makita ang business case para sa Honeywell na makilahok.

Kaya’t ginagawa ng Honeywell na parehong provider ng quantum computing services at isa sa mga kumpanyang maaaring makinabang mula sa aplikasyon ng quantum computers sa totoong buhay na mga business case, isang bagay na ang integrasyon ng Quantinuum sa grupo ay dapat makatulong na mapabilis kaysa sa mga industriyal na kakompetensya nito.

Intel

Ang Intel (INTC ) ay isang pangunahing tagagawa ng chip at tila layuning gamitin ang lakas na ito sa larangan ng quantum computing.

Kamakailan lamang inilabas ng Intel ang “Tunnel Falls”, ang “ pinaka‑advanced na silicon spin qubit chip”. Ang kahanga-hanga ay hindi ito prototype kundi isang chip na ginawa sa scale, na may 95% yield rate sa buong wafer at voltage uniformity. Binubuksan nito ang daan sa mass production ng quantum computing chips, isang bagay na ngayon ay mahirap makamit sa isang umuusbong at mabilis na nagbabagong industriya.

Pinagmulan: Intel

Sa katapatan sa ugat nito, ang Intel ay nagde‑develop din ng software upang magamit ang mga chip nito, sa pamamagitan ng pag‑release ng Intel Quantum SDK. Nagbibigay ito ng gabay para sa mga programmer upang mag‑develop ng software para sa quantum computing na compatible sa disenyo ng Intel quantum chip, na historikal na isang napakalakas at kumikitang business moat para sa tradisyonal na chip business ng Intel.

Pinagmulan: Intel

Ang pagdating ng scalable quantum chip manufacturing ay maaaring maging kasing‑rebolusyonaryo para sa industriya tulad ng anumang iba pang teknikal na siyentipikong breakthrough, na magbababa ng gastos, at magtatakda ng karaniwang programming standards at chip architectures.

Ang Intel ay isang kumpanya na batid mula sa karanasan kung gaano kalakas ang puwersa nito sa industriya ng computing, patuloy na sumasakay sa buntot ng mga inobasyon at kaugnay na patents mula pa noong 1960s.

Ang sektor ng quantum computing ay nananatiling napakabata. Sa ngayon ay karamihan ay kinokontrol ng malalaking tech corporation na may sapat na bulsa upang pondohan ng bilyong dolyar ang ganitong uri ng fundamental na pananaliksik.

Gayunpaman, maraming iba pang mas maliliit na kumpanya ang aktibo rin sa larangan, ilan ay nakikipag‑partner sa nasabing higante upang i‑deploy ang kanilang teknolohiya.

Maaari itong maging medyo mahirap na gawain para sa mga hindi‑espesyalisadong mamumuhunan na maunawaan ang intricacy ng iba’t ibang quantum computing technologies, lalo na ang paghula kung alin ang magiging komersyal na matagumpay.

Kaya, habang ang direktang pamumuhunan sa maliliit na quantum computing startup ay isang opsyon, isa pang opsyon ay umasa sa isang ETF upang makakuha ng exposure sa sektor habang nagdi‑diversify sa mas mababang gastos.

Ang Defiance Quantum ETF ay naglalaman ng 69 iba’t ibang stocks na may kaugnayan sa quantum computing sa kanyang holdings, kabilang ang mga quantum computer & chip developer, pati na rin mga supplier ng cooling systems, lasers, software, at iba pang teknolohiya na ginagamit sa quantum computers o quantum chip production.

Pinagmulan: Defiance ETF

Sa mabilis na umuunlad na larangang ito, karamihan sa mga mamumuhunan, kahit na yaong pamilyar sa industriya ng semiconductor, ay malamang na makinabang mula sa antas ng diversification. Kaya ito ay maaaring makamit alinman sa pamamagitan ng pagtaya sa indibidwal na mga tech giant na gumagawa ng tamang partnership choices o sa pamamagitan ng malawak na hanay ng mga stocks, isang bagay na madalas na mas epektibong makakamit sa pamamagitan ng dedikadong ETF.