Uus metapind loob skaleeritava kvantvalgusallika

Kvantvalguse lahendamine

Kvantarvutus pakub palju võimalusi, alates muidu võimatute arvutuste lahendamisest ja potentsiaalselt isegi kõigi olemasolevate krüpteerimisvormide murdmisest kuni energiatarbimise seisukohast ülitõhusate arvutite loomiseni.

Kui kvantarvutid muutuksid piisavalt võimsaks, võiksid nad meditsiini täielikult revolutsiooniliselt muuta, arvutades koheselt valkude 3D-konfiguratsiooni, materjaliteadusi, kliima modelleerimist või isegi ... tehisintellektide treenimine.

Tõenäoliselt toimub kvantkiipide ja kvantarvutite vaheline suhtlus valguse elementaarosakese – footonite – abil.

Täpsemalt öeldes, põimunud footonid, kus nad interakteeruvad kvantefektide kaudu isegi siis, kui nad on eraldatud. Eriti kuna nüüd on tõestatud, et saame tavaliste optiliste kiudude abil edastada kvantandmeid vähemalt kümnete kilomeetrite kaugusele.

Siiski on takerdunud footonite tootmine olnud tohutu väljakutse ning takistab kvantarvutite skaleerimist suuruse, töökindluse ja kulutasemeni, kus need on kasulikud.

Näiteks töötatakse välja ajutisi lahendusi, Üksikute footonite tootmine ebatäiuslikust footoniallikast mittelineaarse optika ja üksikfootonite teleportatsiooni abilTõstes Erbiumit kasutavate valgusallikate efektiivsus on veel üks potentsiaalne variant.

Kuid lõppkokkuvõttes võivad paljud neist lahendustest olla probleemi lahendamiseks liiga keerulised, mistõttu võib äsja väljatöötatud metamaterjal muuta kvantarvutite tulevikku. Selle nanoskaala komponendi, mis suudab üle kanda valguse poolt skaleeritavaks, madala dekoherentsusega kvantinformatsiooniks, töötasid välja Harvardi ülikooli teadlased ja see avaldati mainekas ajakirjas Science.¹ pealkirja all “Üldistatud Hong-Ou-Mandeli interferentsi metapinna kvantgraafikud".

Kvantvalgusallikad

Kvantarvuti alamkomponentide ja erinevate kvantarvutite vahel andmete edastamiseks tuleb kvantandmeid säilitada. Tavaliselt saavutatakse see põimunud osakeste, eriti footonite, loomise teel.

Need takerdunud osakesed kopeerivad üksteise olekut isegi siis, kui need on eraldatud suurte vahemaadega.

Siiani on kvantarvutuse teadlased põimunud footonite genereerimiseks kasutanud peamiselt „traditsioonilisi” meetodeid. See toimub kas footonite juhtimise teel läbi pikkadel mikrokiipidel asuvate lainejuhtide või mahukate seadmete abil, mis on ehitatud läätsedest, peeglitest ja kiirejagajatest.

Probleem on selles, et need süsteemid on liiga suured, keerulised ja neid on raske toota piisavas koguses, et meetod suudaks kvantvõrgu jaoks vajalike arvudeni skaleeruda.

Teine probleem on nn dekoherentsus. Suurem matemaatiline keerukus tekib siis, kui footonite arv ja seega ka kubitite arv hakkab suurenema.

Iga täiendav footon toob kaasa palju uusi interferentsiradasid, mis tavapärases seadistuses nõuaksid kiiresti kasvavat arvu kiirejaotureid ja väljundporte.

Kvantmetapind

Metamaterjalid

Metamaterjalid muudavad antud materjali struktuuri, andes sellele erinevad omadused võrreldes alusmaterjalidega, millest see on valmistatud.

Kõige sagedamini saavutatakse see täpse kuju, geomeetria, suuruse, orientatsiooni jne korduvate mustrite loomisega nanoskaalas.

Regulaarsete mikrostruktuuride kontrollitud viisil loomine võib viia materjali paremate omadusteni võrreldes selle põhikomponendiga. Seda võivad mõjutada paljud erinevad omadused, näiteks elektromagnetilised, akustilised, konstruktsioonitugevuse, termilised jne.

Allikas: teadus

Selle on loonud Harvardi teadlased uut tüüpi metapindadega – lamedate seadmetega, millele on söövitatud nanoskaala valgust manipuleerivad mustrid.

„Me tutvustame skaleeritavuse probleemi lahendamisel olulist tehnoloogilist eelist.“

Nüüd saame miniaturiseerida terve optilise süsteemi üheks väga stabiilseks ja vastupidavaks metapinnaks.

Kerolos MA Yousef – Harvardi ülikooli magistrant

Kuidas metapind võimaldab skaleeritavat kvantvalgust

Paljude keerukate kvantarvutuste jaoks vajalike footonite matemaatilist keerukust saab käsitleda matemaatika haruga, mida nimetatakse graafiteooriaks. Lihtsamalt öeldes kasutab see seoste ja suhete kujutamiseks punkte ja jooni.

Allikas: teadus

Kuigi graafiteooriat kasutatakse teatud tüüpi kvantarvutuses ja kvantvigade korrigeerimises, pole seda veel metapindade kontekstis kasutatud, eriti nende disaini ja toimimise osas.

Graafiteooria võimaldas teadlastel visuaalselt kindlaks teha, kuidas footonid üksteist segavad, ja ennustada nende mõju katsetes.

Uus footonite takerdumisseade

Graafiteooria ja kaubanduslike pooljuhtide tootmistehnikate abil lõid teadlased "kompaktsed mitmepordilised interferomeetrid".

Nad kasutasid graafiteooriat, et kodeerida nii füüsikalist disaini kui ka selle tekitatud kvantkorrelatsioone interferomeetrite nanostruktuuri.

„See pakub ka värske ülevaate metapindade mõistmisest, kujundamisest ja rakendamisest, eriti kvantvalguse genereerimise ja juhtimise osas. Graafi lähenemisviisi puhul saavad metapinna kujundamisest ja optilisest kvantseisundist teatud mõttes sama mündi kaks külge.“

Neal Sinclair – Uuringud Harvardi Ülikoolis

Seejärel testisid nad selle jõudlust, kasutades footonite käitumise mõõtmiseks ülijuhtivaid nanojuhtme detektoreid.

See tõestas, et sellel lähenemisviisil on palju eeliseid:

• See disain ei nõua keerukaid paigaldustöid, mis lihtsustab oluliselt tootmist ja paigaldust.
• See on väga vastupidav häiretele ja väikeste optiliste kadudega.
• Seda on lihtne toota, mis muudab selle skaleeritavamaks ja kulutõhusamaks.

See töö keskendus peamiselt võimalikele rakendustele kvantarvutuses.

See võiks aga olla kasulik ka kvantsensorite jaoks või pakkuda fundamentaalseteks teadusuuringuteks „lab-on-a-chip” võimalusi.

„Olen sellest lähenemisviisist vaimustuses, sest see võimaldaks optilisi kvantarvuteid ja -võrke tõhusalt skaleerida – mis on pikka aega olnud nende suurim väljakutse võrreldes teiste platvormidega, nagu ülijuhid või aatomid,“

Neal Sinclair – Uuringud Harvardi Ülikoolis

Investeerimine kvantarvutusse

Honeywell / Quantinuum

Quantinuum on Honeywell Quantum Solutionsi ja Cambridge Quantumi ühinemise tulemus.

Honeywell jääb ettevõtte enamusaktsionäriks (tõenäoliselt 52% osalus) pärast raha kogumise vooru, hinnates selle väärtuseks 5 miljardit dollaritAsutaja Ilyas Khanile kuulub väidetavalt umbes 20% ettevõttest. Teiste aktsionäride hulka kuuluvad JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM ja JP Morgan.

Quantinumi potentsiaalne IPO tulevikus, potentsiaalselt osana suuremast ettevõtte ümberstruktureerimisest, on hinnanguliselt väärt 20 miljardit dollarit ja võib toimuda aastatel 2026–2027.

Kvantarvutus ei ole Honeywelli äritegevuse keskmes; see keskendub rohkem lennunduse, automatiseerimise ning erikemikaalide ja -materjalide toodetele.

Kõik need valdkonnad võivad aga kvantarvutusest kasu saada, eriti arvutuslik keemia ja kvantküberturvalisus, mis võib anda Honeywellile eelise konkurentide ees.

Ettevõtte peamine mudel on praegu H2, lõksus olevate ioonidega 56-kubitine kiip, mille kahekubitise värava täpsus on 99.895%.

Järgmised kolm põlvkonda, mille võimsus ulatub kuni 3+ kubitini, on juba planeeritud ning järgmised väljalasked on kavandatud aastateks 1000, 2025 ja 2027.

Allikas: Kvantiinum

Uusim versioon, hüüdnimega Apollo, oleks läbimurre, mis võimaldaks lugematul hulgal kommertsrakendusi kvantarvutuse abil teha.

Kokkuvõtteks võib öelda, et tänu riistvaralise valmisoleku ja kvantelektroonika (QEC) edusammudele on meil kümnendi lõpuks otsenähtavus Apolloga, mis on täielikult rikketaluv kvanttehnoloogiaga masin. See on kaubanduslik pöördepunkt: see juhatab sisse teaduslike avastuste ajastu füüsikas, materjalides, keemias ja mujal.

Ettevõte on püüdnud saavutada kvaliteetset ja väga väheste vigadega andmetöötlust, selle asemel et lisada võimalikult palju tõrkealteid kubiteid, luues nn veataluva kvantarvutuse.

Ettevõte on seda lähenemisviisi nimetanud „Paremad kubitid, paremad tulemused“, kusjuures sarnane arv kubiteid annab 100–1,000 korda usaldusväärsemaid tulemusi.

Allikas: Kvantiinum

See võib märkimisväärselt muuta kiiresti vajalikku kvantkindlat krüptograafiat, mille puhul kaitsetööstusettevõte Thales (HO.PA -0.96%) juba teeb Quantinuumiga koostööd sama hästi kui rahvusvahelised pangad HSBC ja JP Morgan.

Quantinuum pakub ka oma patenteeritud kvantarvutuskeemiat InQuanto, kasutatav farmaatsiatoodete, materjaliteaduste, kemikaalide, energeetika ja kosmoserakenduste jaoks.

Nagu paljud teisedki kvantarvutusettevõtted, Quantinuum pakub Heliost, mis on riistvara teenusena., mis võimaldab kasutajatel kvantarvutusest kasu saada, ilma et nad peaksid ise tegelema süsteemi käitamise keerukusega.

Quantinuum sõlmis 2024. aasta novembris partnerluslepingu Saksa Infineoniga, Euroopa suurim pooljuhtide tootja. Infineon toob oma integreeritud fotoonika ja juhtelektroonika tehnoloogia, et aidata luua järgmise põlvkonna lõksudega kvantarvuteid.

Kuna integreeritud fotoonika liigub lähemale praktilistele kasutusjuhtudele, on nüüd selge, kui oluline see partnerlus Quantinuumi tuleviku jaoks olla võib. Praegusel hetkel näib, et ettevõtte järgmine samm on maailma esimese tehisintellektile keskendunud fotoonika-kvantkiibi väljaandmine.

Lähikuudel jagab Quantinuum käimasolevate koostööprojektide tulemusi, tutvustades kvantpõhiste edusammude murrangulist potentsiaali generatiivses tehisintellektis.

Innovatiivne Gen QAI võimekus täiustab ja kiirendab metalliliste orgaaniliste raamide kasutamist ravimite manustamiseks, sillutades teed tõhusamatele ja personaalsematele ravivõimalustele, mille üksikasjad avalikustatakse Helios'e turuletoomisel.

Quantinuum kuulutab välja läbimurde genereeriva kvant-tehisintellekti abil, millel on tohutu äripotentsiaal

Selle väljaande teadaanne on osa uudiste jadast, mis on seotud Quantinuumis loodud tehisintellekti ja kvantarvutuse ühenduse kiire edenemisega.

Käimasolevamad kasutusjuhtumid võiksid ettevõtte tulevast väärtust ja seega ka Honeywelli osalust selles ning potentsiaalset kasumit, mida investorid sellest teenida saaksid, oluliselt suurendada.

(Võite ka lugeda meie täielik aruanne Honeywelli põhitegevuse kohta andurite, lennundusdetailide ja täiustatud materjalide valdkonnas, lisaks selle osalemisele Quantinuumis)

Honeywelli (HON) viimased aktsiauudised ja -arengud

Viidatud uuring

^{1. Kerolos MA Yousef, Marco D'Alessandro, Matthew Yeh, Neil Sinclair, Marko Loncar ja Federico Capasso. Üldistatud Hong-Ou-Mandeli interferentsi metapinna kvantgraafikud. Teadus. 24. juuli 2025. 389. köide, väljaanne 6758, lk 416–422. DOI: 10.1126/science.adw8404}