Fotonijonon 4 miljoonan dollarin rahoitus tuo kvanttimuistin laitteet käytännön järjestelmiin

Photon Queue on kerännyt 4 miljoonaa dollaria ylimerkityssä siemeneräisyyssarjassa työskennellessään kvanttimuistiteknologian siirtämiseksi laboratoriotutkimuksista käyttöönottokelpoiseen laskenta- ja verkko-infrastruktuuriin.

Rahoituksen johtajana toimi Playground Global ja se seuraa varhaisia kaupallisia käyttöönottoja Sandia National Laboratoriesin ja Marylandin yliopiston kanssa. Photon Queue kertoi, että pääoma tukee tuotekehitystä, valmistuskapasiteettia ja lisää asiakasasennuksia kvanttilaskennan yritysten, tutkimuslaitosten ja kansallisten laboratorioiden keskuudessa.

Champaignin, Illinoisin perustettu yhtiö ratkaisee ongelmaa, josta tulee yhä tärkeämpää, kun kvanttitietokonejärjestelmät laajenevat: fotonit on saavutettava tarkasti määritellyinä hetkinä kvanttioperaatioiden onnistumiseksi. Kun fotonit tuotetaan epävarmasti tai saapuvat järjestelmään eri aikoina, jopa muuten kykenevät laitteet voivat kamppailla monimutkaisten laskelmien koordinoimisessa.

Kvanttimuistit toimivat ajastusinfrastruktuurina, joka pidättelee fotonit väliaikaisesti, kunnes järjestelmä on valmis käyttämään niitä.

Fotonien säilyttäminen ilman muunnosta

Monet kvanttimuistisuunnitelmat tallentavat tietoa siirtämällä fotonin kvanttitilan atomeihin, ioneihin tai muihin fysikaalisiin järjestelmiin. Vaikka nämä lähestymistavat voivat säilyttää kvanttitiedon, muunnosprosessi voi aiheuttaa lisää laitteita, insinööritason monimutkaisuutta ja tehokkuusmenetyksiä.

Photon Queue ottaa suoremman lähestymistavan.

Heidän laitteensa käyttävät optisia kytkimiä ja erittäin heijastavia peilejä pitämään fotonit kiertämässä vapaan tilan tallennussilmukoissa. Fotoni sisääntullessaan silmukkaan jatkaa liikettään ohjatussa optisessa polussa ja vapautetaan, kun ympäröivä kvanttitietokonejärjestelmä vaatii sitä.

Käsite on vertailukelpoinen autoon, joka kiertää lentokenttää odottamassa matkustajan noutamista. Sen sijaan, että auto pysähtyisi, se jatkaa liikkeessä, kunnes se saa signaalin poistua. Photon Queuen järjestelmässä kiertävä kohde on yksittäinen fotoni, joka liikkuu kompaktin optisen polun kautta.

Koska fotoni säilyy fotonina koko säilytysprosessin ajan, järjestelmä välttää transduktiovaiheen, jota useat vaihtoehtoiset kvanttimuistirakenteet käyttävät.

Photon Queue kertoo, että heidän laitteensa toimivat huoneenlämmössä eivätkä vaadi kryo-jäähdytystä tai omia tyhjiöjärjestelmiä. Heidän lineaarisen optiikan käyttö voi myös tehdä teknologiasta yhteensopivan laajan valikoiman aallonpituuksia ja kvanttilaskennan arkkitehtuureja, mukaan lukien fotoni-, ionien- ja neutrali-atomijärjestelmät.

Miksi kvanttitietokonejärjestelmien on oltava parempia aikataulutuksessa

Fotonit soveltuvat hyvin kvanttitiedon kantamiseen, koska ne voivat liikkua nopeasti optisten kuitujen kautta ja yhdistää prosessoreita, jotka ovat fyysisesti erillään. Tämä tekee niistä tärkeitä sekä fotoni- että hajautetun kvanttilaskennan, turvallisen viestinnän, aistimisen ja mahdollisten kvanttitietoverkkojen osalta.

Niiden nopeus kuitenkin luo koordinaatio-ongelman.

Yksittäisiä fotonit eivät voi yksinkertaisesti pysähtyä perinteisessä elektronisessa muistissa. Ne on säilytettävä ilman mittaamista tai tuhoamista kvanttitietoa, jonka ne kantavat. Järjestelmissä, joissa on useita fotonilähteitä, prosessoreita tai verkkosolmuja, yhden fotonin viivästystä toisen odottamiseksi voi parantaa merkittävästi operaation onnistumisen todennäköisyyttä.

Kvanttimuistit voivat myös tukea kvanttitoistimia, jotka on tarkoitettu laajentamaan kvanttiviestintää optisen kuidun fotonihävikin asettamien etäisyyden rajoitusten yli.

Haasteena on kehittää muisteja, jotka yhdistävät alhaisen fotonihävikin, riittävän säilytysajan, korkean kaistanleveyden ja käytännön integroinnin. Teoreettisesti kykenevä muisti voi olla vähäarvoinen, jos se vaatii monimutkaisen laboratoriaympäristön tai aiheuttaa enemmän hävikkiä kuin se estää.

Photon Queue esittää vapaan tilan arkkitehtuuriaan verrattain suoraviivaisena laitteistotasona, joka voidaan sisällyttää olemassa oleviin kvanttikokeisiin ja tuleviin laskentajärjestelmiin.

Varhaiset käyttöönotot tarjoavat kaupallisen testin

Yritys on käyttöönotannut kaupallisia kvanttimuistilaitteita Sandia National Laboratoriesin ja Marylandin yliopiston kanssa, mikä antaa Photon Queuelle varhaisen mahdollisuuden testata teknologiaansa alkuperäisen yliopistolaboratorion ulkopuolella.

Marylandin yliopistossa laitteet tukkivat tutkimusta, joka liittyy kvanttiin verkkoon, aistiin ja viestintään. Yliopisto on myös koti National Science Foundation Center for Quantum Networksille, joka tutkii teknologioita, joita tarvitaan kvanttilaitteiden yhdistämiseen ja kvanttitiedon jakamiseen.

Nämä asennukset edustavat tärkeää askelta nuorelle kvanttilaitteistoille. Siirtymä tarkasti ohjatusta akateemisesta kokeesta laitteisiin, jotka voivat toimia luotettavasti asiakkaan tiloissa, vaatii usein merkittävää uudelleensuunnittelua.

Varhaiset laboratoriolaitteet voivat sisältää useita säädettäviä optisia komponentteja, jotka on pidettävä huolellisesti kohdistettuina. Muuttaminen tällaisesta järjestelystä kaupalliseksi laitteeksi vaatii parannettua ympäristön vakautta, automaattista kohdistusta, ohjaimia ja toistettavuutta.

Siemeneräisyyden ansiosta yritys voi jatkaa insinööritöitä laajentaen valmistusta ja asiakastukea.

“Alle kahdessa vuodessa olemme siirtäneet teknologiaa laboratoriosta käyttöönotettuihin kaupallisiin laitteisiin johtavien kansallisten laboratorioiden ja yliopistojen asiakkaiden kanssa”, sanoi Nathan Arnold, Photon Queuen perustaja ja toimitusjohtaja.

Yliopistotutkimuksesta kvantti-infrastruktuuriin

Photon Queue perustettiin vuonna 2024 yliopistotutkimuksen spin-offina Illinoisin yliopistosta Urbana-Champaignista. Sen teknologia kehittyi tutkimuksesta fotonien tallentamis- ja synkronointimenetelmistä.

Yritystä johtavat Arnold ja CTO Kelsey Ortiz, ja perustajatiimi koostuu tutkijoista, jotka työskentelevät kvantti-optiikassa ja fotoni-laitteissa.

Photon Queue liittyi myöhemmin Dualityyn, kvanttiin keskittyneeseen startup-kiihdyttämöön, jota tukee Chicagon yliopiston Polsky Center, Chicago Quantum Exchange, Argonne National Laboratory, Illinoisin yliopisto Urbana-Champaign ja muut alueelliset kumppanit. Se myöhemmin tuli Chicagon kvantti-vaihdon yrityskumppaniksi.

Arnold on myös Chain Reaction Innovationsin tutkija, joka on Yhdysvaltain energiaministeriön yrittäjyysohjelma, jota operoi Argonne National Laboratory.

Yrityksen kehitys heijastaa laajempaa pyrkimystä kaupallistaa kvanttiprosessoreiden ympärillä olevat komponentit. Vaikka suurin osa alan huomion keskittyy edelleen kvanttiprosessoreiden parantamiseen ja virheenkorjaukseen, hyödylliset kvanttilaitteet vaativat myös optisia liitäntöjä, ohjaus-elektroniikkaa, verkkolaitteita, antureita ja muistijärjestelmiä.

Laajentuminen New Mexicoon

Siemenrahoitus saapuu pian sen jälkeen, kun Photon Queue sai 500 000 dollarin avustuksen New Mexicon taloudellisen kehitysosastolta ja Roadrunner Venture Studiosilta.

Tuo rahoitus tukee yrityksen laajentumista New Mexicoon, mukaan lukien laboratoriotoimintaa, laitteen kokoonpanoa, testausta ja syvempää yhteistyötä alueen kansallisen laboratorion ja kvantti-teknologian ekosysteemin kanssa.

Laajentuminen sijoittaa myös Photon Queuen lähemmäs Sandia National Laboratoriesia ja Los Alamos National Laboratorya, jotka ovat instituutioita, jotka osallistuvat edistyneeseen laskentaan, kansalliseen turvallisuuteen ja kvanttitutkimukseen.

Playground Globalin osallistuminen yhdistää yrityksen Playground Genesis -rahastoon, 50 miljoonan dollarin aloitteeseen, joka keskittyy kvantti- ja edistyneisiin laskentayrityksiin, joilla on merkittäviä liiketoimintasuhteita New Mexicoon.

Photon Queuelle yhdistelmä venture-rahastusta, hallituksen tukea ja kansallisten laboratorioiden sopimuksia tarjoaa useita reittejä laitteiden testaamiseen ja hienosäätöön ennen kvantti-verkkojen laajempaa kaupallista käyttöönottoa.

Rakentaminen skaalattavalle kvanttilaskennan tukikerrokselle

Kvanttiteollisuus ei ole vielä asettanut yhtä hallitsevaa laskentarakennetta. Suprajohtavat piirit, ansaitut ionit, neutraalit atomit ja fotoni-järjestelmät esittävät erilaisia suorituskykyominaisuuksia ja insinööritason haasteita.

Photon Queue kehittää sen sijaan teknologiaansa mahdollistavana komponenttina eikä panosta yksinomaan yhteen prosessorityyppiin.

Heidän aallonpituuden joustava suunnittelu voi sallia saman perustavanlaatuisen tallennuslähestymistavan palvella useita arkkitehtuureja, edellyttäen, että se voi ylläpitää alhaisia hävikkejä ja luotettavaa kytkintä eri optisten konfiguraatioiden yli.

Uusi rahoitus ei ratkaise laajempia teknisiä haasteita, joita hajautetun kvanttilaskennan edessä on. Säilytyskesto, fotonihävikki, kytkennän nopeus, järjestelmän vakaus ja integrointikustannukset määrittävät edelleen, missä kvanttimuisteja voidaan käyttää tehokkaasti.

Kuitenkin Photon Queuen varhaiset käyttöönotot osoittavat, että kvanttimuisti on siirtymässä pääasiassa kokeellisesta tutkimusaiheesta erilliseksi laitteistokategoriaksi. Kun kvantti-kehittäjät alkavat yhdistää useampia prosessoreita ja koordinoivat suurempia fotonimääriä, kvanttitiedon saapumisen hallinta voi tulla yhtä tärkeäksi kuin itse tiedon tuottaminen.