Wielomiliardowy rynek na styku technologii materiałowej oraz kwantowej

Technologie kwantowe, które obejmują rynki komputerów kwantowych, czujników kwantowych i komunikacji kwantowej, są obecnie jedną z najszybciej rozwijających się branż deeptech. Jednak wydajność i rentowność tych najnowocześniejszych technologii są często ograniczane przez wady materiałowe, nieporęczne komponenty lub słabą skalowalność produkcji.

W nowo opublikowanym raporcie IDTechEx przeanalizowano możliwości i pojawiające się rozwiązania w zakresie materiałów, komponentów i procesów produkcyjnych dla przemysłu kwantowego, wraz z 20-letnimi prognozami opartymi na podstawowych informacjach pochodzących z ponad 30 profili firm. Całkowita wartość rynku chipów nadprzewodzących, układów PIC i diamentów dla technologii kwantowych ma osiągnąć 3,38 mld USD do 2036 r. i 18,9 mld USD do 2046 r., przy całkowitym CAGR na poziomie 23,1% w całym okresie prognozy.

Wykorzystanie przewagi kwantowej dzięki materiałom

Atrakcyjność technologii kwantowych wynika z obietnicy komercyjnej. Może polegać na rozwiązywaniu klasycznie nierozwiązywalnych problemów w obliczeniach kwantowych, uzyskiwaniu znacznie większej czułości dzięki czujnikom kwantowym lub tworzeniu fundamentalnie bezpiecznych rozwiązań kryptograficznych w komunikacji kwantowej. W ostatnim dziesięcioleciu technologia ta przeszła od etapu głównie teoretycznego do szerokiej gamy produktów, modeli biznesowych i globalnej dystrybucji podmiotów, od spin-offów uniwersyteckich po rządy i międzynarodowe korporacje.

W każdym przypadku zdolność technologii kwantowych do przewyższania możliwości klasycznych rozwiązań zależy od zaawansowanych materiałów i procesów produkcyjnych:

• W przypadku komputerów kwantowych mikroprodukcja tysięcy identycznych „kubitów” na chipie ma zasadnicze znaczenie dla stworzenia skalowalnych systemów obliczeniowych, które będą w stanie rozwiązywać problemy o znaczeniu komercyjnym.
• W przypadku wykrywania kwantowego kluczowe znaczenie dla poprawy rentowności produktów ma stosowanie materiałów, które pozwalają na zmniejszenie rozmiarów, masy, mocy i kosztów (SWaP-C) poszczególnych urządzeń, umożliwiając wejście czujników kwantowych na nowe rynki o dużej skali, takie jak mobilność przyszłości, opieka zdrowotna i lotnictwo.
• W przypadku komunikacji kwantowej materiały umożliwiające transmisję informacji kwantowej na duże odległości przy niskich stratach mają kluczowe znaczenie dla sieci kwantowych na skalę przedsiębiorstwa i rozwiązań kryptograficznych.

Źródło: Freepik

Trzy rynki kwantowe, trzy kluczowe platformy materiałowe

W strategiach komercyjnych i rządowych oraz w portfolio raportów IDTechEx dotyczących technologii kwantowych rynek jest zazwyczaj podzielony na trzy główne kategorie produktów:

• obliczenia kwantowe,
• wykrywanie kwantowe,
• komunikacja kwantowa.

Dla dostawcy materiałów bardziej przydatne może być podzielenie technologii kwantowych według fizycznej „platformy” lub systemu kwantowego, na którym są oparte.

Trzy najważniejsze platformy materiałowe dla technologii kwantowych, które zostały wyróżnione w raporcie „Materiały dla technologii kwantowych”, to:

• chipy nadprzewodzące,
• systemy fotoniczne (w tym PIC),
• nanomateriały (w tym szereg nanowęglów i sztucznych diamentów).

Chipy nadprzewodzące to mikroukłady elektryczne wykonane z metali lub związków nadprzewodzących, które są osadzane na płytkach półprzewodnikowych. Po schłodzeniu do temperatur kriogenicznych układy te wykazują makroskopowe właściwości kwantowe przy bardzo niskim poziomie szumu, dzięki środowisku niskotemperaturowemu. Przykładami komercyjnych produktów kwantowych opartych na chipach nadprzewodzących są SQUID, SNSPD i nadprzewodzące komputery kwantowe z kubitami.

Tymczasem systemy fotoniczne obejmują szeroki zakres komponentów optycznych i fotonicznych dla technologii kwantowych. Jednym z najbardziej ekscytujących podejść w tej dziedzinie jest wykorzystanie fotonicznych układów scalonych (PIC), które mogą być używane zarówno do manipulowania pojedynczymi fotonami jako nośnikami informacji kwantowej, jak i do miniaturyzacji optyki potrzebnej do obsługi systemów atomowych i spinowych. Fotonika ma kluczowe znaczenie dla sieci kwantowych i fotonicznych komputerów kwantowych, ale zyskuje również na popularności w przypadku kwantowych bitów uwięzionych jonów i atomów neutralnych, a także różnych typów czujników kwantowych.

Wreszcie, nanomateriały i diamenty obejmują szereg materiałów, takich jak nanorurki węglowe, kropki kwantowe oraz materiały 2D/2,5D. Sztuczny diament z wszczepionymi defektami punktowymi zyskał ostatnio popularność jako platforma materiałowa do opracowywania zarówno komercyjnych czujników kwantowych, jak i komputerów, wykazując potencjał jako solidna i skalowalna platforma materiałowa dla systemów kwantowych, które mogą działać w temperaturze pokojowej.

Perspektywy rynkowe

W każdym przypadku omówione platformy materiałowe obejmują trzy pionowe rynki technologii kwantowych (informatyka, czujniki i komunikacja), dzięki czemu technologie i produkty z różnych pionów rynkowych mogą często korzystać z tych samych innowacji materiałowych i nowych możliwości produkcyjnych.

Raport „Materiały dla technologii kwantowych” ocenia możliwości materiałowe zarówno w pionowych segmentach rynku kwantowego (obliczenia, wykrywanie, komunikacja), jak i w każdej platformie materiałowej (nadprzewodniki, fotonika, nanomateriały). Ta wielowymiarowa analiza podkreśla powiązania między różnymi produktami, ukazując kluczowe możliwości materiałowe w branży kwantowej.

Raport ten opiera się na szeroko zakrojonych badaniach rynkowych przeprowadzonych przez IDTechEx w pionach rynku technologii kwantowych, fotoniki i zaawansowanych materiałów. Pełny raport rozszerza możliwości przedstawione w niniejszym artykule, zawierając szczegółową analizę innowacji technicznych, kluczowych graczy, sił rynkowych i dynamiki łańcucha dostaw w zakresie nadprzewodników, fotoniki i nanomateriałów dla przemysłu kwantowego.

Raport IDTechEx: Materiały dla technologii kwantowych 2026-2046: rynek, trendy, gracze, prognozy