Materiały dla technologii kwantowych: 2026–2046

Technologia kwantowa jest obecnie jednym z najszybciej rozwijających się rynków głębokich technologii, ale jej wydajność i skalowalność są często ograniczane przez wyzwania związane z materiałami, komponentami i procesami produkcyjnymi. W raporcie IDTechEX przeanalizowano możliwości i pojawiające się rozwiązania w zakresie materiałów do obliczeń kwantowych, wykrywania kwantowego i komunikacji kwantowej.  Całkowita wartość rynku chipów nadprzewodzących, PIC i diamentów do technologii kwantowych ma osiągnąć 3,38 mld USD do 2036 r. i 18,9 mld USD do 2046 r., przy CAGR na poziomie 23,1% w całym okresie prognozy.

Źródło: IDTechEx

Branża technologii kwantowych jest zróżnicowana, oferuje szeroką gamę produktów i modeli biznesowych, a jej gracze, od spin-offów uniwersyteckich po rządy i międzynarodowe korporacje, są rozmieszczeni na całym świecie. Jednak firma IDTechEx odkryła, że w całej branży istnieją możliwości dla kluczowych platform materiałowych, które umożliwią skalowalność, a ostatecznie komercyjną opłacalność technologii kwantowej. Platformy te stanowią fizyczną podstawę systemów kwantowych wykorzystywanych do odblokowania „przewagi kwantowej” w produktach:

• umożliwienie obliczeń klasycznie nierozwiązywalnych problemów w informatyce kwantowej,
• odblokowanie znacznie większej czułości czujników kwantowych,
• tworzenie fundamentalnie bezpiecznych rozwiązań kryptograficznych w komunikacji kwantowej.

Trzy rynki kwantowe, trzy kluczowe platformy materiałowe

Technologia kwantowa jest zazwyczaj podzielona na trzy główne kategorie produktów:

1. Obliczenia kwantowe
2. Wykrywanie kwantowe
3. Komunikacja kwantowa

Podział ten jest zazwyczaj stosowany w rządowych i komercyjnych strategiach kwantowych, a firma IDTechEx opublikowała indywidualne raporty z badań rynkowych zawierające dogłębną analizę każdej z tych kategorii.

Jednak z punktu widzenia materiałów, bardziej logiczne jest podzielenie technologii kwantowych według fizycznej „platformy” lub systemu kwantowego, na którym są oparte. Podejście to podkreśla powiązania między różnymi produktami, nie poprzez ich zastosowania, ale poprzez wspólne dla nich materiały i komponenty.

Źródło: IDTechEx

Trzy najważniejsze platformy materiałowe dla technologii kwantowych można pogrupować w następujący sposób:

• Chipy nadprzewodzące: mikrofabrykowane obwody elektryczne z nadprzewodzących metali lub związków osadzonych na płytkach półprzewodnikowych, które wykazują właściwości kwantowe. Przykładowe produkty to SQUID, SNSPD i nadprzewodzące komputery kubitowe.
• Systemy fotoniczne: optyka i fotoniczne układy scalone (PIC) są wykorzystywane albo do manipulowania pojedynczymi fotonami jako nośnikami informacji kwantowej, albo do adresowania systemów atomowych i defektów spinowych. Fotonika ma kluczowe znaczenie dla sieci kwantowych i fotonicznych komputerów kwantowych, ale zyskuje również na popularności w przypadku kwantów uwięzionych jonów i atomów neutralnych, a także różnych typów czujników kwantowych.
• Nanomateriały i diament: Punktowe defekty w sztucznym diamencie zostały wykorzystane do opracowania komercyjnych czujników kwantowych i komputerów, a badania naukowe otwierają szereg możliwości dla nanomateriałów, takich jak nanorurki węglowe, kropki kwantowe i materiały 2D/2,5D.

W każdym przypadku te platformy materiałowe obejmują trzy pionowe rynki technologii kwantowej (obliczenia, czujniki i komunikacja), tak że technologie i produkty z różnych obszarów technologii kwantowej mogą często korzystać z tych samych innowacji materiałowych, komponentów lub możliwości produkcyjnych. Ten przełomowy raport ocenia możliwości materiałowe z obu wymiarów w celu przeprowadzenia głębszej analizy, która podkreśla kluczowe punkty styku między przemysłem kwantowym a przemysłem materiałowym.

Odkrywanie możliwości fotoniki w technologiach kwantowych

Fotonika zrewolucjonizowała już klasyczną technologię informacyjną, a nadajniki-odbiorniki oparte na fotonicznych układach scalonych (PIC) umożliwiają szybką komunikację w centrach danych AI na niespotykaną dotąd skalę. W przypadku technologii kwantowych układy PIC mają potencjał, aby zmniejszyć optykę, która wcześniej zajmowała cały stół optyczny w laboratorium, do rozmiarów chipa, jednocześnie zwiększając skalowalność produkcji i często poprawiając wydajność poprzez eliminację błędów wyrównania.

Wymagania dotyczące kwantowych układów PIC są jednak zupełnie inne niż w przypadku innych zastosowań. Ze względu na kruchość systemów kwantowych, kwantowe układy PIC mają bardzo niską tolerancję na straty, a aby obsługiwać systemy takie jak atomy i punktowe defekty w diamencie, muszą również działać w długościach fal nieznanych tradycyjnej branży telekomunikacyjnej lub transmisji danych.

Aby sprostać tym wymaganiom, innowatorzy w dziedzinie fotoniki badają platformy materiałowe PIC wykraczające poza krzem, z azotkiem krzemu (SiN), cienkowarstwowym niobianem litu (TFLN) i tytanianem baru (BTO) jako przykładami wschodzących gwiazd w branży fotoniki kwantowej. Liderami w dziedzinie tych materiałów są zarówno firmy z branży kwantowej, takie jak PsiQuantum, QuiX Quantum i Quantum Computing Inc (QCi), jak i zewnętrzne foundry i partnerzy.

Raport IDTechEx obejmuje materiały, procesy produkcyjne, trendy w zakresie pakowania i testowania chipów kwantowych, a także pojawiające się możliwości w zakresie sztucznych diamentów i nanomateriałów. Ma na celu szczegółową analizę możliwości materiałowych w branży technologii kwantowej, koncentrując się na innowacjach technicznych, siłach rynkowych i dynamice łańcucha dostaw w zakresie nadprzewodników, fotoniki i nanomateriałów.

Materiały do produkcji kubitów nadprzewodzących. Źródło: IDTechEx

Zawartość raportu:

• Analiza wymagań materiałowych dla technologii kwantowych
  • Wprowadzenie do rynków komputerów kwantowych, czujników kwantowych i komunikacji kwantowej.
  • Przegląd wymagań materiałowych dla każdego rodzaju technologii kwantowej.
  • Omówienie sposobów, w jakie innowacje materiałowe mogą poprawić wydajność, zmniejszyć poziom hałasu i odblokować skalowalność technologii kwantowych na rynku masowym.
• Trendy w zakresie nowych materiałów dla technologii kwantowych
  • Postępy w produkcji, pakowaniu i testowaniu nadprzewodzących chipów kwantowych dla SQUID, SNSPD i nadprzewodzących kubitów kwantowych.
  • Dogłębna analiza fotoniki dla zastosowań kwantowych, w tym nowych platform materiałowych dla fotonicznych układów scalonych (PIC), takich jak azotek krzemu i TFLN.
  • Możliwości dla nowych nanomateriałów i zaawansowanych węgli (grafen, nanorurki węglowe, diament) w technologiach kwantowych.
    Analiza wyników badań rynkowych poparta podstawowymi informacjami z 35 profili firm kluczowych graczy w branży.
• Szczegółowe prognozy dotyczące wielkości rynku na najbliższe 20 lat
  • Ilościowe trajektorie całkowitej wielkości rynku dla trzech kluczowych platform materiałowych: chipów nadprzewodzących, PIC i diamentów, w odniesieniu do rynku technologii kwantowych.
  • 7 nowych linii prognoz wraz z wnioskami i szczegółową metodologią.
  • Prognozy na najbliższe 2 dekady opierają się na szerokim portfolio IDTechEx obejmującym obszerne badania rynku branży technologii kwantowych.

Źródło: IDTechEx

Zdjęcie ilustracyjne na stronie głównej: Designed by Freepik