Ny metasurface skaber skalerbar kvantelyskilde

Løsning af kvantelys

Kvanteberegninger rummer mange løfter, lige fra at løse ellers umulige beregninger, potentielt endda at bryde alle eksisterende former for kryptering undervejs, til at skabe ultraeffektive computere set fra et energiforbrugssynspunkt.

Hvis kvantecomputere blev kraftfulde nok, kunne de fuldstændig revolutionere medicinen gennem øjeblikkelig beregning af proteiners 3D-konfiguration, materialevidenskab, klimamodellering eller endda ... træning af AI'er.

Kommunikationen mellem kvantechips og kvantecomputere vil højst sandsynligt foregå ved hjælp af lysets elementarpartikel: fotoner.

Mere præcist, sammenfiltrede fotoner, hvor de interagerer med hinanden gennem kvanteeffekter, selv når de er adskilte. Især da det nu er bevist, at Vi kan bruge normale optiske fibre til at overføre kvantedata over mindst snesevis af kilometer.

Produktion af sammenfiltrede fotoner har imidlertid været en enorm udfordring og hindrer muligheden for at skalere kvantecomputere op til en størrelse, pålidelighed og omkostningsniveau, hvor de er nyttige.

Der udvikles løsninger, for eksempel produktionen af enkeltfotoner fra en uperfekt fotonkilde gennem ikke-lineær optik og teleportation af enkeltfotoner. Boosting lyskilders effektivitet ved brug af erbium er en anden potentiel mulighed.

Men i sidste ende kan mange af disse løsninger være for komplekse til at løse problemet, hvilket er grunden til, at et nyudviklet metamateriale kan ændre kvantecomputernes fremtid. Denne nanoskalakomponent, der er i stand til at omdanne til lysskalerbar kvanteinformation med lav dekohærens, blev udviklet af forskere ved Harvard University og offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Science.¹ under titlen “Metasurface-kvantegrafer for generaliseret Hong-Ou-Mandel-interferens".

Kvantelyskilder

For at kunne overføre data mellem en kvantecomputers delkomponenter og mellem forskellige kvantecomputere, skal kvantedataene bevares. Dette opnås normalt ved at skabe sammenfiltrede partikler, især fotoner.

Disse sammenfiltrede partikler vil replikere hinandens tilstand, selv når de er adskilt af store afstande.

Indtil videre har forskere inden for kvanteberegning primært brugt "traditionelle" metoder til at generere sammenfiltrede fotoner. Dette sker enten ved at føre fotonerne gennem bølgeledere på udvidede mikrochips eller gennem store enheder bygget af linser, spejle og stråledelere.

Problemet er, at disse systemer er for store, komplekse og vanskelige at producere i tilstrækkelige mængder til, at metoden kan skalere op til de tal, der kræves af et kvantenetværk.

Et andet problem er "dekohærens". Større matematisk kompleksitet opstår, når antallet af fotoner og dermed antallet af qubits begynder at stige.

Hver ekstra foton introducerer mange nye interferensveje, som i en konventionel opsætning ville kræve et hurtigt voksende antal stråledelere og outputporte.

Kvantemetasurface

Metamaterialer

Metamaterialer ændrer strukturen af et givet materiale og giver det andre egenskaber end egenskaberne af de basismaterialer, det er lavet af.

Dette opnås oftest ved at skabe gentagne mønstre med præcis form, geometri, størrelse, orientering osv., alt sammen på nanoskala.

Oprettelsen af regelmæssige mikrostrukturer på en kontrolleret måde kan føre til forbedret ydeevne af et materiale sammenlignet med dets basiskomponent. Dette kan påvirkes af mange forskellige egenskaber, såsom elektromagnetiske, akustiske, strukturelle, termiske osv.

Kilde: Videnskab

Det er, hvad Harvard-forskerne har skabt med en ny type metasurfacer, flade enheder ætset med nanoskala lysmanipulerende mønstre.

"Vi introducerer en stor teknologisk fordel, når det kommer til at løse skalerbarhedsproblemet."

Nu kan vi miniaturisere et helt optisk setup til en enkelt metaoverflade, der er meget stabil og robust.”

Kerolos MA Yousef – kandidatstuderende ved Harvard

Hvordan metasurface muliggør skalerbart kvantelys

Den matematiske kompleksitet af mange fotoner, der kræves til komplekse kvanteberegninger, kan håndteres med en gren af matematikken kaldet grafteori. Enkelt forklaret bruger den punkter og linjer til at repræsentere forbindelser og relationer.

Kilde: Videnskab

Selvom grafteori bruges i visse typer kvanteberegning og kvantefejlkorrektion, er den endnu ikke blevet brugt i forbindelse med metasoverflader, især i deres design og drift.

Grafteori gjorde det muligt for forskerne visuelt at bestemme, hvordan fotoner interfererer med hinanden, og at forudsige deres effekter i eksperimenter.

Ny foton-sammenfiltringsenhed

Ved hjælp af grafteori og kommercielle halvlederfremstillingsteknikker skabte forskerne "kompakte multiport-interferometre".

De brugte grafteori til at indkode både det fysiske design og de kvantekorrelationer, det producerer, i interferometrenes nanostruktur.

"Det giver også ny indsigt i forståelsen, designet og anvendelsen af metaoverflader, især til generering og styring af kvantelys. Med graftilgangen bliver metaoverfladedesign og den optiske kvantetilstand på en måde to sider af samme sag."

Neal Sinclair – Forskning på Harvard Universitet

De testede derefter dens ydeevne ved hjælp af superledende nanotrådsdetektorer til at måle fotonernes adfærd.

Det viste sig, at denne tilgang giver mange fordele:

• Designet kræver ikke komplicerede justeringer, hvilket gør fremstillingen og opsætningen meget nemmere.
• Den er meget modstandsdygtig over for forstyrrelser med lave optiske tab.
• Den er enkel at fremstille, hvilket gør den mere skalerbar og mere omkostningseffektiv.

Dette arbejde fokuserede primært på de mulige anvendelser inden for kvanteberegning.

Det kunne dog også være nyttigt til kvantemåling eller tilbyde "lab-on-a-chip"-funktioner til grundlæggende videnskabelig forskning.

"Jeg er begejstret for denne tilgang, fordi den effektivt kan skalere optiske kvantecomputere og netværk – hvilket længe har været deres største udfordring sammenlignet med andre platforme som superledere eller atomer,"

Neal Sinclair – Forskning på Harvard Universitet

Investering i kvantecomputere

Honeywell / Quantinuum

Quantinuum er resultatet af fusionen af ​​Honeywell Quantum Solutions og Cambridge Quantum.

Honeywell er fortsat selskabets majoritetsaktionær (sandsynligvis 52 % ejerskab) efter en fundraising-runde, der vurderede det til $5 miaGrundlægger Ilyas Khan angiveligt ejer cirka 20% af virksomheden. Andre aktionærer inkluderer JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM og JP Morgan.

En potentiel børsnotering af Quantinuum i fremtiden, potentielt som en del af en større virksomhedsomstrukturering, anslås at være så meget værd som $20B og kan forekomme mellem 2026 og 2027.

Kvanteberegning er ikke den centrale del af Honeywells forretning; den er mere centreret omkring produkter inden for luftfart, automation samt specialkemikalier og -materialer.

Hvert af disse domæner kan dog drage fordel af kvanteberegning, især beregningskemi og kvantecybersikkerhed, hvilket potentielt giver Honeywell en fordel i forhold til sine konkurrenter.

Virksomhedens hovedmodel for nu er H2, en fanget-ion 56-qubit chip, med 99.895% to-qubit gate-fidelity.

De næste 3 generationer, der går op til 1000+ qubits, er allerede planlagt, med de næste udgivelser planlagt i 2025, 2027 og 2029.

Kilde: Kvantinuum

Den seneste version, kaldet Apollo, ville være det gennembrud, der ville muliggøre utallige kommercielle applikationer med kvanteberegning.

Afslutningsvis kan vi sigte mod Apollo ved udgangen af årtiet, en fuldt fejltolerant maskine med kvantefordele, gennem en kombination af fremskridt inden for hardwareberedskab og kvanteeksplosion. Dette vil være et kommercielt vendepunkt: indvarslingen af en æra med videnskabelige opdagelser inden for fysik, materialer, kemi og mere.

Virksomheden har forfulgt databehandling af høj kvalitet med meget få fejl i stedet for at tilføje så mange fejlbehæftede qubits som muligt, hvilket skaber en såkaldt "fejltolerant kvanteberegning".

Denne tilgang er af virksomheden betegnet som "Bedre qubits, bedre resultater", hvor et lignende antal qubits opnår 100-1,000 gange mere pålidelige resultater.

Kilde: Kvantinuum

Dette kunne især gøre en forskel i den presserende nødvendige kvanteresistente kryptografi, hvor forsvarsvirksomheden Thales (HO.PA -0.96 %) samarbejder allerede med Quantinuum samt de internationale banker HSBC og JP Morgan.

Quantinuum tilbyder også sin proprietære kvanteberegningskemi InQuanto, anvendelig til lægemidler, materialevidenskab, kemikalier, energi og rumfartsapplikationer.

Ligesom mange andre quantum computing virksomheder, Quantinuum tilbyder Helios, en "hardware-som-en-service", hvilket giver brugerne mulighed for at drage fordel af kvanteberegning uden at skulle beskæftige sig med kompleksiteten ved selv at betjene systemet.

Quantinuum underskrev i november 2024 et partnerskab med tyske Infineon, Europas største halvlederproducent. Infineon vil bringe sin integrerede fotonik og kontrolelektronik teknologi til at hjælpe med at skabe den næste generation af fangede-ion kvantecomputere.

Efterhånden som integreret fotonik nærmer sig praktiske anvendelsesscenarier, står det nu klart, hvor vigtigt dette partnerskab kan være for Quantinuums fremtid. På nuværende tidspunkt ser det ud til, at virksomhedens næste skridt bliver at lancere verdens første AI-fokuserede fotonik-kvantechip.

I de kommende måneder vil Quantinuum dele resultater fra igangværende samarbejder og fremvise det banebrydende potentiale for kvantedrevne fremskridt inden for generativ kunstig intelligens.

Den innovative Gen QAI-funktion vil forbedre og accelerere brugen af ​​metalliske organiske rammeværk til lægemiddelafgivelse og bane vejen for mere effektive og personlige behandlingsmuligheder. Detaljerne vil blive afsløret ved lanceringen af ​​Helios.

Quantinuum annoncerer generativt gennembrud inden for kvante-AI med massivt kommercielt potentiale

Meddelelsen i denne publikation er en del af en række nyheder relateret til de hurtige fremskridt i forbindelsen mellem AI og kvantecomputere, der er skabt hos Quantinuum.

Flere løbende use cases kan øge virksomhedens fremtidige værdi kraftigt, og dermed Honeywells andel i den, og den potentielle profit, som investorer kan opnå.

(Du kan også læse vores komplette rapport vedrørende Honeywells kerneforretning inden for sensorer, dele til luftfart og avancerede materialer, udover virksomhedens engagement i Quantinuum)

Seneste nyheder og udviklinger om Honeywell (HON)-aktien

Undersøgelse refereret

^{1. Kerolos MA Yousef, Marco D'Alessandro, Matthew Yeh, Neil Sinclair, Marko Loncar og Federico Capasso. Metasurface-kvantegrafer for generaliseret Hong-Ou-Mandel-interferens. Videnskab. 24. juli 2025. Bind 389, nummer 6758, s. 416-422. DOI: 10.1126/science.adw8404}