Обчислення
Світлові клітки можуть вирішити проблему пам'яті квантових обчислень
Securities.io дотримується суворих редакційних стандартів і може отримувати винагороду за перевірені посилання. Ми не є зареєстрованим інвестиційним консультантом, і це не є інвестиційною порадою. Будь ласка, перегляньте наші розкриття партнерів.
Вузьке місце: чому квантовим обчисленням потрібна нова пам'ять
Щоб квантовий комп'ютер почав використовуватися, якщо не рутинно, то принаймні надійно, йому потрібно буде відтворити за допомогою квантово-сумісних компонентів більшість функцій, що виконуються кремнієвими напівпровідниками: не лише обчислення (процесор/чіпи), але й мережу та пам'ять.
Мережі розвиваються. Ми стали свідками випуску операційної системи QNodeOS. присвячений квантовим мережам, поруч масово вироблювані фотонні чіпи, ербієві нанофотонні підсилювачі та квантова телепортація з використанням традиційних волоконно-оптичних мереж.
Але пам'ять була більш невловимою, хоча звукові хвилі можуть забезпечити своєрідне гібридне рішення до питання стабільності.
Ця складність виникає через те, що кубіти надзвичайно нестабільні, що вимагає надпровідних матеріалів, повної ізоляції від впливу навколишнього середовища та наднизьких температур.
Мережева взаємодія може частково допомогти зменшити брак пам'яті, пересилаючи інформацію іншим фізичним кубітам у кластері, але цей варіант може бути лише певним. У певний момент складні обчислення вимагатимуть довговічної (за квантовими стандартами) системи пам'яті, здатної надійно зберігати квантові дані.
Саме цього, схоже, досягли дослідники з Німеччини з Берлінського університету Гумбольдта, Штутгартського університету та Інституту фотонних технологій Лейбніца.
Вони створили наноскопічну «світлову клітку», здатну зберігати квантові дані протягом безпрецедентно тривалого часу. Свої висновки вони опублікували в науковому журналі Light: Science & Applications.1, під назвою «Зберігання світла у світлових клітках: масштабована платформа для мультиплексованих квантових пам'ятей".
Що таке наноскопічні «світлові клітки»?
Квантова пам'ять стосується компонентів, здатних зберігати та зберігати неушкоджену квантову інформацію (кубіти).
На практиці це функціонує як оперативна пам'ять: не для довготривалого зберігання даних, а для забезпечення доступу до даних для наступного кроку в процесі обчислення.
Це вимагає трьох послідовних кроків:
- Захоплення квантового стану.
- Зберігання цього стану у форматі, стабільнішому, ніж у летких кубітів.
- Отримання даних для подальшої обробки.
Як працюють світлові клітки, надруковані на 3D-принтері
Основою роботи німецьких дослідників є «світлова клітка». Ці наноскопічні структури розроблені для утримання світла без втрати ним своїх квантових характеристик.
джерело: Light
У цьому конкретному випадку вони використовували хвилеводи з порожнистим сердечником, заповнені атомарною парою атомів цезію.
Самі структури були побудовані за допомогою технології нанодруку, зокрема двофотонної полімеризаційної літографії з використанням комерційних систем 3D-друку.
Для забезпечення довготривалої стабільності в реакційноздатному середовищі цезію конструкції покриті захисним шаром, що демонструє надзвичайну міцність без деградації навіть після п'яти років експлуатації.
джерело: Light
Переваги перед традиційною квантовою пам'яттю
Ця конструкція пропонує унікальні переваги порівняно з попередніми спробами.
По-перше, ці нанодруковані структури забезпечують швидку дифузію атомів цезію. Це скорочує час, необхідний для заповнення ядра атомною парою, з місяців до лічені днів, зберігаючи при цьому відмінне обмеження оптичного поля.
По-друге, конструкція забезпечує унікальний бічний доступ до основних областей, що полегшує отримання квантових даних за потреби.
«Ми створили напрямну структуру, яка дозволяє швидку дифузію газів і рідин всередині її ядра, з універсальністю та відтворюваністю, що забезпечуються процесом 3D-нанодруку».
Це забезпечує справжню масштабованість цієї платформи не лише для внутрішньочіпового виготовлення хвилеводів, але й міжчіпового, для створення кількох чіпів з однаковою продуктивністю».
Така масштабованість значно полегшує досягнення промислового комерційного рівня. Вона дозволяє використовувати кілька світлових кліток на одному чіпі, збільшуючи потенційний загальний обсяг пам'яті квантового процесора. Варіації в межах одного чіпа були обмежені 2 нанометрами, тоді як відмінності між чіпами залишалися меншими за 15 нанометрів.
Оскільки продуктивність зберігання між різними світловими каркасами мінімальна та стабільна, конструкція створює надійні очікування для інженерів.
Проведіть пальцем, щоб прокрутити →
| Підхід до квантової пам'яті | Збережене збудження / Середнє | Типові умови експлуатації | Масштабування та інтеграція | Ключові компроміси |
|---|---|---|---|---|
| Нанодруковані «Світлові клітки» (ця робота) | Спрямовані світлові імпульси, що відображаються на колективні атомні збудження (пара цезію в порожнистих хвилеводах) | Робота за температури трохи вище кімнатної; не описано кріогенних процесів або захоплення складних атомів | 3D-нанодрук (двофотонна полімеризація) підтримує повторювані, мультиплексовані структури на чіпі; бічний доступ для керування/зчитування | Час зберігання, показаний тут, становить сотні наносекунд; головною цінністю є технологічність + мультиплексування + розслаблені умови експлуатації. |
| Спогади ансамблю Cold-Atom | Атомні збудження в лазерно-охолоджуваних атомних хмарах | Надвисокий вакуум, лазерне охолодження, захоплення оптики (складна лабораторна інфраструктура) | Висока продуктивність у дослідницьких умовах; складніше мініатюризувати та розгортати у великих масштабах порівняно з підходами, що передбачають використання мікросхем. | Чудова фізика, але складність системи та її розмір можуть обмежувати практичне розгортання. |
| Кристали, леговані рідкісноземельними елементами | Оптичні збудження в твердотільних легуючих домішках (наприклад, іонах рідкісноземельних елементів) | Часто кріогенні для найкращої когерентності; стабільні тверді речовини, але потребують охолодження | Потенційно компактні модулі; інтеграція залежить від фотонної упаковки та втрат на зв'язок | Сильний когерентний потенціал, але температура/охолодження та ефективність зв'язку є практичними обмеженнями |
| Спінові пам'яті (NV-центри / спінові ансамблі) | Електронні/ядерні спінові стани у твердих тілах | Значно варіюється (часто контрольоване середовище; іноді кріогенне для оптимальної продуктивності) | Привабливий для інтеграції в твердотільні системи; оптичні інтерфейси та виробничий потенціал можуть бути складними | Довгоживучі спінові стани є перспективними, але взаємодія фотонів і спінів може бути вузьким місцем |
| Надпровідні резонаторні пам'яті | Мікрохвильові фотони/збудження в надпровідних колах | Кріогенна робота (холодильник для розведення) | Висока сумісність із надпровідними процесорами; масштабування пов'язане з кріопроводкою, тепловими бюджетами та місткістю холодильника. | Тісна інтеграція з провідними сучасними стеками контролю якості, але кріогенних умов та складності на системному рівні не уникнути. |
Ще одним суттєвим відхиленням у порівнянні з більшістю квантових обчислювальних технологій є те, що легка клітка-пам'ять працює за температури трохи вище кімнатної та не потребує кріогенного охолодження. Це робить її не тільки надійнішою, але й значно економічнішою.
Як довго світлові клітки можуть зберігати дані?
Світлові клітки забезпечують високоефективне перетворення спрямованих світлових імпульсів у колективні атомні збудження. Оптичний керуючий лазер може потім вивільняти світло за потреби, отримуючи дані для подальших квантових розрахунків.
Дослідницька група успішно зберігала ослаблені світлові імпульси, що містять лише кілька фотонів, протягом кількох сотень наносекунд.
джерело: Light
Хоча цей часовий проміжок може здаватися коротким, з точки зору квантових мереж та фотонної пам'яті, він являє собою надзвичайно довгий та стабільний період зберігання, особливо для систем, сумісних з кімнатною температурою.
Масштабування квантових мереж за допомогою оптичної пам'яті
Хоча мережі досі допомагали компенсувати брак пам'яті, надійна пам'ять, навпаки, може допомогти створити складніші мережі.
Створюючи надійне сховище, квантова пам'ять може служити ретрансляторами, значно підвищуючи надійність та радіус дії квантової мережі. Це важливий крок до об'єднання кількох квантових чіпів в один суперкомп'ютер, а також до підключення фізично віддалених квантових комп'ютерів.
Висновок
Квантові обчислення досягли величезного прогресу за останні кілька років, завдяки розробці мереж та більших, масштабованих квантових чіпів. Відсутньою ланкою для повноцінного квантового комп'ютера або великомасштабної квантової мережі були надійні компоненти пам'яті.
Використання цих удосконалених світлових кліток може бути саме ключем до прискорення розвитку квантових обчислень завдяки дешевому та надійному виробничому процесу.
Наступним кроком, ймовірно, буде практичне тестування існуючих квантових чипів та оптимізація виробничого процесу для інтеграції у стандартні практики напівпровідникового ливарного виробництва.
Інвестування в квантові обчислення
Honeywell / Quantinum (HON)
(HON )
Quantinuum є результатом злиття Honeywell Quantum Solutions і Cambridge Quantum.
Honeywell залишається мажоритарним акціонером компанії (ймовірно, 52% власності) після раунду збору коштів, оцінивши його в 10 мільярдів доларівПовідомляється, що засновник Ільяс Хан володіє приблизно 20% компанії. Серед інших акціонерів — JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM та JP Morgan.
Потенційне IPO Quantinuum, можливо, як частина масштабнішої корпоративної реструктуризації, оцінюється аналітиками в 20 мільярдів доларів та може статися між 2026 та 2027 роками.
Квантові обчислення не є центральною частиною бізнесу Honeywell, який більше зосереджений на продуктах в аерокосмічній галузі, автоматизації, а також спеціальних хімікатах і матеріалах.
Однак кожна з цих галузей може отримати користь від квантових обчислень, особливо обчислювальна хімія і квантова кібербезпека, що потенційно дає Honeywell перевагу над конкурентами.
Основна модель компанії на даний момент - Helios, наступник H2, та «найточніший квантовий комп'ютер у світі»Він має рекордні 98 повністю пов'язаних фізичних кубітів з точністю роботи з одним кубітом 99.9975% та точністю роботи з двома кубітами 99.921% для всіх пар кубітів.
Ми також використовували Helios для проведення масштабних симуляцій у високотемпературна надпровідність і квантовий магнетизм — обидва з чіткими шляхами до реального промислового застосування.
Компанія прагнула високоякісних обчислень з дуже малою кількістю помилок, а не просто додавала якомога більше кубітів, створюючи так звані «відмовостійкі квантові обчислення».
Цей підхід компанія називає «Кращі кубіти, кращі результати», при цьому аналогічна кількість кубітів дає в 100-1,000 разів надійніші результати.
джерело: Квантинуум
Це може суттєво змінити терміново необхідну квантово-стійку криптографію. Оборонна компанія Thales (HO.PA -0.96%) становить вже співпрацює з Quantinuum, як є міжнародні банки, такі як HSBC та JP Morgan.
Quantinuum також пропонує свою власну квантову обчислювальну хімію InQuanto, придатний для застосування у фармацевтиці, матеріалознавстві, хімічній, енергетичній та аерокосмічній промисловості.
Як і багато інших квантових обчислювальних компаній, Quantinuum пропонує Helios як «обладнання як послугу», що дозволяє користувачам отримувати вигоду від квантових обчислень, не стикаючись зі складністю керування системою.
У листопаді 2024 року Quantinuum підписала партнерську угоду з німецькою Infineon, найбільший у Європі виробник напівпровідників. Infineon представить свою інтегровану фотоніку та технологію керуючої електроніки, щоб допомогти створити нове покоління квантових комп’ютерів із захопленими іонами.
Оскільки інтегрована фотоніка наближається до практичного використання, тепер зрозуміло, наскільки важливим може бути це партнерство для майбутнього Quantinuum. На даний момент, схоже, наступним кроком для компанії буде випуск першого у світі фотонічно-квантового чіпа, орієнтованого на штучний інтелект.
У найближчі місяці Quantinuum поділиться результатами поточної співпраці, демонструючи новаторський потенціал квантово-орієнтованих досягнень у генеративному штучному інтелекті.
Інноваційна можливість Gen QAI покращить та прискорить використання металевих органічних каркасів для доставки ліків, прокладаючи шлях до більш ефективних та персоналізованих варіантів лікування, деталі яких будуть оприлюднені під час запуску Helios.
Quantinuum оголошує про генеративний прорив Quantum AI з величезним комерційним потенціалом
Більше поточних варіантів використання може значно підвищити майбутню вартість компанії, а отже, і частку Honeywell у ній.
Генеративний квантовий ШІ: розкриття повного потенціалу ШІ
(Ви можете прочитати більше про решту промислової діяльності Honeywell у сфері автоматизації, аерокосмічної промисловості та передових матеріалів у звіті, присвяченому компанії.)
Останні новини та події щодо акцій Honeywell (HON)
Посилання на дослідження
1. Гомес-Лопес Е., Ріттер Д., Кім Дж. та інші Зберігання світла у світлових клітинах: масштабована платформа для мультиплексованих квантових пам'ятей. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5
