Photon Queue haalt $4 miljoen op om quantumgeheugenhardware in echte systemen te integreren

Photon Queue heeft $4 miljoen opgehaald in een overtekende seedronde als het bedrijf werkt aan het verplaatsen van quantumgeheugentechnologie van laboratoriumexperimenten naar inzetbare computing- en netwerkinfrastructuur.

De ronde werd geleid door Playground Global en volgt op vroege commerciële inzet met Sandia National Laboratories en de Universiteit van Maryland. Photon Queue zei dat het kapitaal de productontwikkeling, de productiecapaciteit en aanvullende klantinstallaties bij quantumcomputingbedrijven, onderzoeksinstellingen en nationale laboratoria zal ondersteunen.

Het in Champaign, Illinois, gevestigde bedrijf richt zich op een probleem dat steeds belangrijker wordt naarmate quantumsystemen uitbreiden: fotonen moeten op precieze momenten aankomen om quantumoperaties te laten slagen. Wanneer fotonen onvoorspelbaar worden gegenereerd of een systeem op verschillende tijdstippen bereiken, kan zelfs anders capabel hardware worstelen om complexe berekeningen te coördineren.

Quantumgeheugens fungeren als een vorm van timing-infrastructuur, waarbij fotonen tijdelijk worden vastgehouden totdat de rest van het systeem klaar is om ze te gebruiken.

Fotonen opslaan zonder ze om te zetten

Veel quantumgeheugontwerpen slaan informatie op door de kwantumtoestand van een foton over te dragen naar atomen, ionen of een ander type fysiek systeem. Hoewel deze benaderingen kwantuminformatie kunnen behouden, kan het omzettingproces extra hardware, engineeringscomplexiteit en efficiëntieverliezen introduceren.

Photon Queue volgt een meer directe aanpak.

De apparaten van het bedrijf gebruiken optische schakelaars en hoogreflecterende spiegels om fotonen te laten circuleren in vrije opsluslussen. Een foton gaat de lus in, blijft door een gecontroleerde optische baan gaan en wordt vrijgegeven wanneer het omliggende quantum systeem het nodig heeft.

Het concept is vergelijkbaar met een auto die rond een vliegveld cirkelt terwijl hij wacht om een passagier op te halen. In plaats van te parkeren, blijft de auto in beweging totdat hij het signaal krijgt om uit te gaan. In het systeem van Photon Queue is het circulerende object een enkel foton dat door een compacte optische baan reist.

Omdat het foton gedurende het hele opslagproces een foton blijft, vermijdt het systeem de transductiefase die door verschillende alternatieve quantumgeheugenarchitecturen wordt gebruikt.

Photon Queue zegt dat zijn hardware op kamertemperatuur werkt en geen cryogene koeling of speciale vacuümsystemen nodig heeft. Het gebruik van lineaire optica kan de technologie ook compatibel maken met een breed scala aan golflengtes en quantumcomputingarchitecturen, waaronder fotonische, vast-ion- en neutrale atoomsystemen.

Waarom quantumsystemen betere timing nodig hebben

Fotonen zijn goed geschikt om kwantuminformatie te dragen omdat ze snel door optische vezels kunnen reizen en processors kunnen verbinden die fysiek zijn gescheiden. Dat maakt ze niet alleen belangrijk voor fotonische quantumcomputers, maar ook voor gedistribueerde quantumcomputing, beveiligde communicatie, sensing en potentiële quantumnetwerken.

Hun snelheid creëert echter een coördinatieprobleem.

Individuele fotonen kunnen niet eenvoudigweg worden gepauzeerd in conventionele elektronische geheugen. Ze moeten worden opgeslagen zonder de kwantuminformatie die ze dragen te meten of te vernietigen. In systemen met meerdere fotonbronnen, processors of netwerkknooppunten kan de mogelijkheid om één foton te vertragen terwijl men op een andere wacht, de kans dat een bewerking slaagt, aanzienlijk vergroten.

Quantumgeheugens kunnen ook quantumrepeaters ondersteunen, die zijn ontworpen om quantumcommunicatie uit te breiden tot voorbij de afstandsbeperkingen die worden opgelegd door fotonverlies in optische vezels.

De uitdaging is het ontwikkelen van geheugens die lage fotonverlies, voldoende opslagtijd, hoge bandbreedte en praktische integratie combineren. Een theoretisch capabel geheugen kan beperkte commerciële waarde hebben als het een uitgebreid laboratoriummilieu nodig heeft of meer verliezen introduceert dan het voorkomt.

Photon Queue positioneert zijn vrije-ruimtearchitectuur als een relatief eenvoudige hardwarelaag die kan worden geïntegreerd in bestaande quantumexperimenten en toekomstige computersystemen.

Vroege inzet levert een commerciële test op

Het bedrijf heeft commerciële quantumgeheugenapparaten ingezet bij Sandia National Laboratories en de Universiteit van Maryland, waardoor Photon Queue vroeg de kans kreeg om zijn technologie buiten zijn oorspronkelijke universitaire laboratorium te testen.

Bij de Universiteit van Maryland zal de hardware onderzoek ondersteunen op het gebied van quantumnetwerken, sensing en communicatie. De universiteit is ook de thuisbasis van het National Science Foundation Center for Quantum Networks, dat de technologieën bestudeert die nodig zijn om quantumapparaten te verbinden en kwantuminformatie te distribueren.

Deze installaties vertegenwoordigen een belangrijke stap voor een jong quantumhardwarebedrijf. De overgang van een precies gecontroleerd academisch experiment naar apparatuur die betrouwbaar kan werken in de faciliteit van een klant, vereist vaak een aanzienlijke herontwerp.

Vroege laboratoriumsystemen kunnen talrijke verstelbare optische componenten omvatten die zorgvuldig moeten worden uitgelijnd. Het omzetten van een dergelijke configuratie in een commercieel apparaat vereist verbeterde milieustabiliteit, automatische uitlijning, controle en herhaalbaarheid.

De seedfinanciering zal het bedrijf in staat stellen om die ingenieurswerkzaamheden voort te zetten, terwijl het de productie en klantondersteuning uitbreidt.

“In minder dan twee jaar hebben we de technologie van het lab naar ingezette commerciële hardware met toonaangevende nationale lab- en universitaire klanten overgebracht”, zei Nathan Arnold, medeoprichter en CEO van Photon Queue.

Van universitaire onderzoek naar quantum-infrastructuur

Photon Queue werd in 2024 opgericht als een spin-off van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign. De technologie van het bedrijf ontstond uit onderzoek naar methoden voor het opslaan en synchroniseren van individuele fotonen.

Het bedrijf wordt geleid door Arnold en CTO Kelsey Ortiz, met een oprichtingsteam dat bestaat uit onderzoekers die werken aan quantumoptica en fotonische hardware.

Photon Queue sloot zich later aan bij Duality, een quantum-georiënteerde startup-accelerator die wordt ondersteund door het Polsky Center van de Universiteit van Chicago, de Chicago Quantum Exchange, Argonne National Laboratory, de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign en andere regionale partners. Het bedrijf werd vervolgens een corporate partner van de Chicago Quantum Exchange.

Arnold is ook een fellow van Chain Reaction Innovations, een ondernemerschapsprogramma van het Amerikaanse ministerie van Energie dat wordt beheerd door Argonne National Laboratory.

De ontwikkeling van het bedrijf weerspiegelt een bredere inspanning om de ondersteunende componenten rondom quantumprocessors te commercialiseren. Terwijl veel aandacht in de industrie nog steeds is gericht op het verbeteren van de kwaliteit van qubits en foutcorrectie, zullen bruikbare quantummachines ook optische interconnects, controle-elektronica, netwerkapparatuur, detectoren en geheugensystemen nodig hebben.

Uitbreiding naar New Mexico

De seedronde arriveert kort na de $500.000 die Photon Queue heeft veiliggesteld van het New Mexico Economic Development Department en Roadrunner Venture Studios.

Die financiering zal de uitbreiding van het bedrijf in New Mexico ondersteunen, waaronder laboratoriumoperaties, apparaatbouw, testen en diepere samenwerking met het regionale nationale laboratorium en de quantumtechnologie-ecosysteem.

De uitbreiding plaatst Photon Queue ook dichter bij Sandia National Laboratories en Los Alamos National Laboratory, twee instellingen die betrokken zijn bij geavanceerde computing, nationale veiligheid en quantumonderzoek.

De betrokkenheid van Playground Global verbindt het bedrijf met het Playground Genesis Fund, een initiatief van $50 miljoen dat is gericht op quantum- en geavanceerde computingbedrijven met materiële zakelijke relaties in New Mexico.

Voor Photon Queue biedt de combinatie van venturefinanciering, overheidssteun en nationale laboratoriumcontracten verschillende routes voor het testen en verfijnen van zijn hardware voordat quantumnetwerken een bredere commerciële inzet bereiken.

De ondersteunende laag bouwen voor geschaalde quantumcomputing

De quantumindustrie heeft nog geen enkele dominante computingarchitectuur vastgesteld. Supergeleidende schakelingen, vast-ionen, neutrale atomen en fotonische systemen presenteren allemaal verschillende prestatiekarakteristieken en engineeringsuitdagingen.

Photon Queue ontwikkelt zijn technologie als een enablende component, in plaats van exclusief in te zetten op een bepaald type processor.

De golflengte-flexibele ontwerp van het bedrijf kan hetzelfde onderliggende opslagbenadering toelaten om meerdere architectuur te dienen, mits het lage verliezen en betrouwbare schakeling over verschillende optische configuraties kan behouden.

De nieuwe financiering lost de bredere technische uitdagingen niet op die gedistribueerde quantumcomputing tegenkomen. Opslagduur, fotonverlies, schakelsnelheid, systeemstabiliteit en integratiekosten zullen blijven bepalen waar quantumgeheugens effectief kunnen worden gebruikt.

Maar Photon Queue’s vroege inzet suggereert dat quantumgeheugen van een grotendeels experimenteel onderzoeksgebied naar een duidelijke hardwarecategorie aan het evolueren is. Naarmate quantumontwikkelaars meer processors verbinden en grotere aantallen fotonen coördineren, kan de mogelijkheid om te controleren wanneer kwantuminformatie aankomt net zo belangrijk worden als het genereren van de informatie zelf.