Photon Queue raccoglie 4 milioni di dollari per portare l’hardware della memoria quantistica nei sistemi del mondo reale

Photon Queue ha raccolto 4 milioni di dollari in un round di finanziamento iniziale sovrascritto mentre lavora per spostare la tecnologia della memoria quantistica dalle esperienze di laboratorio all’infrastruttura di calcolo e rete distribuibile.

Il round è stato guidato da Playground Global e segue le prime distribuzioni commerciali con Sandia National Laboratories e l’Università del Maryland. Photon Queue ha dichiarato che il capitale supporterà lo sviluppo del prodotto, la capacità di produzione e ulteriori installazioni dei clienti in aziende di calcolo quantistico, istituti di ricerca e laboratori nazionali.

La società con sede a Champaign, Illinois, sta affrontando un problema che diventa sempre più importante man mano che i sistemi quantistici si espandono: i fotoni devono arrivare in momenti precisi perché le operazioni quantistiche abbiano successo. Quando i fotoni vengono generati in modo imprevedibile o raggiungono un sistema in momenti diversi, anche l’hardware più capace può avere difficoltà a coordinare calcoli complessi.

Le memorie quantistiche funzionano come una forma di infrastruttura di temporizzazione, trattenendo temporaneamente i fotoni fino a quando il resto del sistema è pronto a utilizzarli.

Memorizzazione dei fotoni senza convertirli

Molte architetture di memoria quantistica memorizzano le informazioni trasferendo lo stato quantistico di un fotone in atomi, ioni o un altro tipo di sistema fisico. Sebbene questi approcci possano preservare le informazioni quantistiche, il processo di conversione può introdurre hardware aggiuntivo, complessità di ingegneria e perdite di efficienza.

Photon Queue adotta un approccio più diretto.

I suoi dispositivi utilizzano interruttori ottici e specchi altamente riflettenti per mantenere i fotoni in circolazione all’interno di anelli di archiviazione nello spazio libero. Un fotone entra nell’anello, continua a muoversi attraverso un percorso ottico controllato e viene rilasciato quando il sistema quantistico circostante richiede.

Il concetto è paragonabile a un’auto che gira intorno a un aeroporto mentre aspetta di raccogliere un passeggero. Invece di parcheggiare, l’auto rimane in movimento fino a quando non riceve il segnale di uscire. Nel sistema di Photon Queue, l’oggetto in circolazione è un singolo fotone che viaggia attraverso un percorso ottico compatto.

Poiché il fotone rimane un fotone durante il processo di archiviazione, il sistema evita la fase di transduzione utilizzata da diverse altre architetture di memoria quantistica.

Photon Queue afferma che il suo hardware funziona a temperatura ambiente e non richiede raffreddamento criogenico o sistemi di vuoto dedicati. L’utilizzo di ottica lineare potrebbe anche rendere la tecnologia compatibile con una vasta gamma di lunghezze d’onda e architetture di calcolo quantistico, tra cui sistemi fotonic, a ioni intrappolati e a atomi neutri.

Perché i sistemi quantistici necessitano di una temporizzazione migliore

I fotoni sono adatti a trasportare informazioni quantistiche perché possono viaggiare rapidamente attraverso le fibre ottiche e collegare i processori che sono fisicamente separati. Ciò li rende importanti non solo per i computer quantistici fotonic, ma anche per il calcolo quantistico distribuito, le comunicazioni sicure, il rilevamento e le reti quantistiche prospettiche.

La loro velocità, tuttavia, crea un problema di coordinamento.

I singoli fotoni non possono semplicemente essere messi in pausa all’interno della memoria elettronica convenzionale. Devono essere archiviati senza misurare o distruggere le informazioni quantistiche che trasportano. In sistemi che coinvolgono più fonti di fotoni, processori o nodi di rete, la capacità di ritardare un fotone mentre si aspetta un altro può migliorare notevolmente la probabilità che un’operazione abbia successo.

Le memorie quantistiche possono anche supportare i ripetitori quantistici, che sono destinati a estendere la comunicazione quantistica oltre i limiti di distanza imposti dalla perdita di fotoni nelle fibre ottiche.

La sfida consiste nello sviluppare memorie che combinino bassa perdita di fotoni, tempo di archiviazione sufficiente, larghezza di banda elevata e integrazione pratica. Una memoria teoricamente capace può avere un valore commerciale limitato se richiede un ambiente di laboratorio elaborato o introduce più perdite di quante ne prevenisca.

Photon Queue sta posizionando la sua architettura a spazio libero come uno strato di hardware relativamente semplice che può essere incorporato in esperimenti quantistici esistenti e futuri sistemi di calcolo.

Le prime distribuzioni forniscono un test commerciale

La società ha distribuito dispositivi di memoria quantistica commerciali con Sandia National Laboratories e l’Università del Maryland, dando a Photon Queue prime opportunità di testare la sua tecnologia al di fuori del laboratorio universitario originale.

All’Università del Maryland, l’hardware supporterà la ricerca che coinvolge la rete quantistica, il rilevamento e le comunicazioni. L’università è anche sede del National Science Foundation Center for Quantum Networks, che studia le tecnologie necessarie per collegare i dispositivi quantistici e distribuire le informazioni quantistiche.

Queste installazioni rappresentano un passo importante per una giovane società di hardware quantistico. Il passaggio da un esperimento accademico controllato con precisione a un’attrezzatura che può funzionare in modo affidabile nella struttura di un cliente richiede spesso una sostanziale ridistribuzione.

I primi sistemi di laboratorio possono coinvolgere numerosi componenti ottici regolabili che devono rimanere allineati con cura. Trasformare una tale disposizione in un dispositivo commerciale richiede una maggiore stabilità ambientale, allineamento automatico, controlli e ripetibilità.

Il finanziamento iniziale consentirà alla società di continuare quel lavoro di ingegneria mentre espande la produzione e il supporto ai clienti.

“In meno di due anni, abbiamo portato la tecnologia dal laboratorio all’hardware commerciale distribuito con clienti leader nei laboratori nazionali e nelle università”, ha dichiarato Nathan Arnold, co-fondatore e CEO di Photon Queue.

Dall’università alla ricerca all’infrastruttura quantistica

Photon Queue è stata fondata nel 2024 come spin-off dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign. La sua tecnologia è emersa dalla ricerca sui metodi per archiviare e sincronizzare singoli fotoni.

La società è guidata da Arnold e dal CTO Kelsey Ortiz, con un team fondatore composto da ricercatori che lavorano nell’ottica quantistica e nell’hardware fotonic.

Photon Queue si è successivamente unita a Duality, un acceleratore di startup quantistico supportato dal Centro Polsky dell’Università di Chicago, dal Chicago Quantum Exchange, dal Laboratorio Nazionale Argonne, dall’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign e da altri partner regionali. È poi diventata un partner aziendale del Chicago Quantum Exchange.

Arnold è anche un fellow di Chain Reaction Innovations, un programma di imprenditorialità del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti gestito dal Laboratorio Nazionale Argonne.

Lo sviluppo della società riflette uno sforzo più ampio per commercializzare i componenti di supporto intorno ai processori quantistici. Mentre gran parte dell’attenzione dell’industria rimane focalizzata sull’miglioramento della qualità dei qubit e della correzione degli errori, le macchine quantistiche utili richiederanno anche interconnessioni ottiche, elettronica di controllo, attrezzature di rete, rilevatori e sistemi di memoria.

Espansione nel Nuovo Messico

Il round di finanziamento iniziale arriva poco dopo che Photon Queue ha ottenuto 500.000 dollari dal Dipartimento di Sviluppo Economico del Nuovo Messico e da Roadrunner Venture Studios.

Quel finanziamento supporterà l’espansione della società nel Nuovo Messico, comprese le operazioni di laboratorio, l’assemblaggio di dispositivi, i test e una più profonda collaborazione con l’ecosistema di tecnologia quantistica della regione.

L’espansione colloca anche Photon Queue più vicino ai laboratori nazionali di Sandia e Los Alamos, due istituzioni coinvolte nel calcolo avanzato, nella sicurezza nazionale e nella ricerca quantistica.

La partecipazione di Playground Global collega la società al Playground Genesis Fund, un’iniziativa da 50 milioni di dollari focalizzata sulle società quantistiche e di calcolo avanzato con rapporti commerciali materiali nel Nuovo Messico.

Per Photon Queue, la combinazione di finanziamenti aziendali, sostegno governativo e contratti con laboratori nazionali fornisce diverse vie per testare e perfezionare il suo hardware prima che la rete quantistica raggiunga una più ampia distribuzione commerciale.

Costruire lo strato di supporto per il calcolo quantistico su scala

L’industria quantistica non ha ancora stabilito un’unica architettura di calcolo dominante. I circuiti superconduttori, gli ioni intrappolati, gli atomi neutri e i sistemi fotonic hanno ciascuno caratteristiche di prestazione diverse e sfide di ingegneria.

Photon Queue sta quindi sviluppando la sua tecnologia come un componente abilitante piuttosto che puntare esclusivamente su un tipo di processore.

La sua progettazione flessibile in termini di lunghezza d’onda potrebbe consentire all’approccio di archiviazione sottostante di servire più architetture, a condizione che possa mantenere basse perdite e commutazione affidabile in diverse configurazioni ottiche.

Il nuovo finanziamento non risolve le più ampie sfide tecniche che affronta il calcolo quantistico distribuito. La durata di archiviazione, la perdita di fotoni, la velocità di commutazione, la stabilità del sistema e i costi di integrazione continueranno a determinare dove le memorie quantistiche possono essere utilizzate efficacemente.

Tuttavia, Photon Queue suggerisce che la memoria quantistica sta passando da un argomento di ricerca sperimentale a una categoria di hardware distinta. Man mano che gli sviluppatori quantistici iniziano a collegare più processori e a coordinare un numero maggiore di fotoni, la capacità di controllare quando le informazioni quantistiche arrivano potrebbe diventare altrettanto importante quanto generare le informazioni stesse.