Szerkesztői megjegyzés: Ez a cikk egy négyrészes sorozat második része. Az első rész, az „America’s Quantum Moment” 2025. október 13-án jelent meg.
A kvantumtechnológiák fejlődése és az ellátási lánc kritikus szerepe
Ahogy a kvantumtechnológiák átlépnek a bizonyítási fázisból a gyakorlati alkalmazásba, az ellátási láncok ellenálló képessége ugyanolyan fontossá válik, mint a qubit koherenciaidők javítása. Az ellenálló képesség magában foglalja a redundanciát, a hazai gyártási kapacitást, valamint az alternatív beszállítók gyors elérhetőségét arra az esetre, ha külföldi gyártók termelési zavarokkal vagy ügyfélprioritások változásával szembesülnének.
A technológiai innováció hajtóereje a szakértelem és a tőke, azonban ezek mit sem érnek, ha egy vállalat vagy kutatóintézet nem fér hozzá a szükséges alapanyagokhoz és megbízható ellátási láncokhoz. Egyetlen komponens hiánya is megállíthatja a további kutatás-fejlesztést, ami komoly figyelmeztető jel lehet befektetők és kutatók számára egyaránt.
Az Egyesült Államoknak, ha vezető szerepét meg akarja őrizni a kvantumtechnológiák terén, biztosítania kell, hogy cégek, kormányzati laboratóriumok és akadémiai projektek folyamatosan hozzáférjenek a kritikus alapanyagokhoz.
Kvantum ellátási lánc sebezhetőségeinek feltérképezése
A kvantumrendszerek olyan komponensektől függenek, amelyeknek nincs kereskedelmi méretű alternatívája, ráadásul ezek beszerzési ideje korlátozza az alkalmazásuk időbeli ütemezését – függetlenül attól, hogy melyik qubit-technológia válik dominánssá.
2025 májusában egy NATO Transzatlanti Kvantum Közösségi tanulmány négy qubit-típust (szupervezető, csapdázott ion, fotonikus és félvezető spin) és hét támogató technológiát vizsgált kritikus sebezhetőségek szempontjából. Az értékelés öt mutató alapján történt: NATO-beli beszállítók száma, K+F vezető szerep, skálázhatóság, szellemi tulajdon pozíciója és ellátási lánc sérülékenysége. A 2.0 vagy annál magasabb pontszámú komponensek azonnali figyelmet igényelnek.
Kryogenika: A hígító hűtőszekrény szűk keresztmetszete
A hígító hűtőszekrények (dilution refrigerators) jelentik a legkritikusabb szűk keresztmetszetet a szupervezető és bizonyos spin-qubit rendszerek esetében. Ezek a kryogén rendszerek hűtik le a kvantumszámítógép processzorait 10 millikelvin alatti hőmérsékletre – ez több százszor hidegebb az űr hidegénél –, lehetővé téve ezzel a szupervezető qubitek koherenciájának fenntartását közel nulla elektromos ellenállás mellett.
A piacot három fő beszállító uralja: Bluefors (Finnország – jelentős amerikai gyártással Syracuse-ban, New York államban), Oxford Instruments (Egyesült Királyság) és Janis Research (USA). Emellett feltörekvő szereplőként említhető Maybell Quantum Coloradóból.
A Bluefors piacvezetőként több mint 1500 hígító hűtőszekrényt és 15 000 kryohűtőt szállított világszerte. Syracuse-i gyártóüzemükben készülnek az összes kryohűtő rendszerük alkatrészei; ezt a létesítményt 2024-ben bővítették évi 20 rendszer kapacitásra, kiegészítve az európai 50 szerelőhelyet. A cég jelenleg 6–9 hónapos átfutási idővel dolgozik, napi egy rendszer gyártásával.
Fontos kiemelni, hogy bár hat-hónapos várakozási idő elfogadható lehet kisebb volumeneknél, ez komoly akadályt jelenthet akkor, amikor a kvantumszámítógép fejlesztők 12–18 havonta új hardver iterációkat készítenek. Ha nem tudják kielégíteni a megnövekedett keresletet – akár védelmi beszerzésekből, akár kereskedelmi méretű skálázásból adódóan –, akkor az üzembe helyezési időpontok negyedévekkel tolódhatnak el.
Hélium-3: A ritka erőforrás kihívása
A hélium-3 egy speciális „üzemanyag” a kvantum hűtőrendszerek számára. A hígító hűtőszekrények ultraalacsony hőmérsékletet érnek el úgy, hogy keverik egymással a ritka hélium-3 izotópot és a hagyományos hélium-4-et. Hélium-3 nélkül ezek az eszközök nem képesek elérni azt a hideget, amely szükséges számos kvantumszámítógép működéséhez.
A probléma az, hogy hélium-3 természetes előfordulása rendkívül korlátozott. Elsődlegesen tritium bomlásából származik – egy radioaktív hidrogénizotóp –, amely nukleáris fegyverprogramok melléktermékeként keletkezik. Kis mennyiségben előfordul földgázmezőkben is, de ezek nagyon korlátozott források. Léteznek kísérletek holdi hélium-3 kitermelésére is.
A kvantumipar többször is kiemelte ezt az erőforrást mint magas prioritású kockázatot. Bár például a Bluefors zárt hurkú rendszereivel újrahasznosítja ezt az anyagot és így csökkenti az ellátási nyomást, bármilyen jelentős bővítéshez új forrásokat kell találni vagy alternatív hűtési technológiákat kell fejleszteni.
Ritkaföldfémek és kritikus ásványok: koncentrációs kockázatok
A ritkaföldfémek (57–71-es rendszámú elemek) nem elsősorban ritkaságuk miatt jelentenek problémát, hanem mert feldolgozásuk túlnyomórészt NATO-n kívüli területeken zajlik – több mint 90%-ban Kínában.
Kvantumrendszerek specifikus ritkaföldfémeket igényelnek: fotonikus rendszerek erbiumot és ytterbiumot használnak optikai komponenseikhez; neodímium-dopált erősítőket alkalmaznak lézereknél; semleges atom rendszerek pedig alkálifémeket (pl. rubídiumot és stronciumot) használnak kvantuminformáció tárolására.
Kína uralja a globális ritkaföldfém-készletek 69%-át és feldolgozásuk 90%-át. Nemrégiben exportkorlátozásokat vezettek be olyan „duál-használatú” termékekre vonatkozóan is, amelyek legalább 0,1% értékben tartalmaznak kínai eredetű ritkaföldfémeket vagy kapcsolódnak ritkaföldfém kitermeléshez és feldolgozáshoz.
Bár éves mennyiségek kilogrammban mérhetők csupán – nem tonnában –, ezek az intézkedések széles körben érintik az exportot és komoly kihívást jelentenek az ellátásbiztonságban.
Lítium-niobát: A rejtett kristályveszély
A lítium-niobát kulcsfontosságú anyag fotonikus kvantuminformáció-feldolgozó rendszerekben. Ez egy speciális nemlineáris optikai kristályanyag, amely lehetővé teszi fotonok generálását és irányítását minimális információvesztéssel.
A kereskedelmi lítium-niobát wafer gyártást elsősorban Japán Sumitomo Metal Mining cége és Kína CASTECH vállalata uralja; Kína becslések szerint 60–70%-os piaci részesedéssel rendelkezik magas minőségű kristályboule-ok előállításában.
Bár néhány amerikai cég (például ADVR vagy HyperLight) gyárt lítium-niobát komponenseket, egyik sem rendelkezik még olyan kapacitással vagy méretű wafer gyártással, amely megfelelne egy fotonikus kvantumszámítógép igényeinek.
Az amerikai védelmi termelési törvény keretében ösztönözhető lenne hazai lítium-niobát gyártás kiépítése; ez azonban mérsékelt beruházást igényelne (100–300 millió dollár), jóval kisebbet mint például félvezetőgyárak esetében.
Félvezetők: közös nevezők minden platformon
A félvezetőgyártás érinti szinte valamennyi kvantumplatformot. A vezérlőelektronika – legyen szó szupervezetőről, csapdázott ionról vagy fotonikus rendszerekről – speciális chipeket igényel (pl. FPGA-kat vagy ASIC-eket).
Különösen nagy kihívást jelentenek a spin-qubitek gyártása: ezek elektron spinjében tárolják az információt szilíciumban, de csak isotópiák szerint tisztított szilícium-28 alkalmas erre (a mágneses tulajdonságú szilícium-29 zavarja a koherenciát). Ez egy költséges tisztítási folyamatot igényel speciális gyártókapacitásokkal.
Az ázsiai gyártókapacitások dominálnak ezen területen; bár az USA CHIPS and Science Act próbálja pótolni ezeket hiányosságokat, még mindig kevés dedikált kvantum-félvezető gyártósor létezik. Több vállalat is sürgeti egy speciális kvantum-félvezető üzem létrehozását – hasonlóan ahhoz, ahogy TSMC szolgálja ki CMOS chipeket.
Speciális komponensek és egyedi hibapontok
- Ionpumpák: ultra-magas vákuum fenntartására szolgálnak;
- Pulzuscsövek: kulcsfontosságúak kryogén hűtéshez;
- Fotodetektorok: elengedhetetlenek fotonikus rendszereknél;
- DIA-mond: elektronikai minőségű gyémántot csak kevés nyugati beszállító (például brit Element Six) képes biztosítani;
- Lítium-niobát: főként Japánban és Kínában készül;
- Pulzuscsövek gyártói: USA-ban (Cryomech), Japánban (Sumitomo), Európában több cég (Air Liquide stb.) működik;
- Kínai versenytársak: kínai cégek aktívan próbálnak beszivárogni nyugati kutatóközpontokba olcsóbb alkatrészekkel.
Kockázatokból felkészültség: Politikai lépések a kvantumbiztonságért
Ezek az ellátási lánc hiányosságok nem hipotetikus problémák: meghatározzák azt is, hogy képes-e az Egyesült Államok tízes nagyságrendben növelni éves kvantumeszköz-gyártását ezrekké; hogy évek helyett hónapokra rövidüljenek-e az üzembe helyezési időpontok; illetve hogy fennmarad-e ipari kapacitása mind védelmi mind kereskedelmi célokra.
A politikai döntéshozóknak sürgős intézkedéseket kell hozniuk ezen kritikus pontokon – nem öt éves tervek formájában –, hanem beszerzési döntésekben, gyártói beruházásokban és szabályozói reformokban 18–24 hónapon belül végrehajtható módon.
Szerzők bemutatása
- Prineha Narang PhD: amerikai tudós, mérnök és vállalkozó; UCLA professzor; DCVC operatív partnere; Foundation for American Innovation nem rezidens vezető kutatója.
- Joshua Levine: kutató munkatárs a Foundation for American Innovation-nál.
Forrás: https://warontherocks.com/2025/10/the-supply-chain-chokepoints-in-quantum/