Quantinuum und Sandia veröffentlichen bahnbrechende Ergebnisse: Helios-Quantencomputer mit 98 Qubits und rekordverdächtigen Gate-Treuewerten

QCCD-Architektur, Stimmgabel-Ionenfalle und All-to-All-Konnektivität

Helios basiert auf einer Quantenladungs-gekoppelten Bauelement (QCCD)-Architektur, die auf einer 2D-Oberflächenelektrodenfalle implementiert ist . Zu den wichtigsten Designmerkmalen gehören:

• Verwendung einzelner ¹³⁷Ba⁺-Hyperfein-Qubits als Informationsträger
• All-to-All-Konnektivität wird durch einen drehbaren Ionenspeicherring ermöglicht, der zwei Quantenoperationsregionen über eine Kreuzungsstruktur verbindet
• Ionen werden physisch zwischen räumlich getrennten Speicher- und Logikzonen transportiert – Qubits fließen wie Bits in einer klassischen CPU durch den Prozessor, mit dedizierten Speicherstrukturen, Datenbussen und Logikeinheiten
• Die stimmgabelartige Fallenkreuzung ermöglicht es, Ionen zu jeder beliebigen Gate-Zone zu leiten, wodurch beliebige Qubit-Paar-Interaktionen realisiert werden können

Diese transportbasierte Architektur ergibt eine durchschnittliche Tiefe-1-Zeit von 55 ms pro Schaltungsebene über alle 98 Qubits hinweg .

Kodierung fehlerkorrigierter logischer Qubits

Das Helios-System demonstrierte mehrere Maßstäbe der logischen Qubit-Kodierung:

• 94 logische Qubits mit Fehlererkennung und 48 logische Qubits mit vollständiger Fehlerkorrektur wurden aus den 98 physischen Qubits extrahiert, wobei eine besser-als-ausgeglichene Leistung erzielt wurde
• Mit 50 fehlererkannten logischen Qubits führte Helios die bisher größte kodierte Simulation des Quantenmagnetismus durch
• Ein separater technischer Bericht von Mitsubishi Electric (am selben Tag veröffentlicht) evaluierte die Quanten-Fourier-Transformation auf bis zu 12 logischen Qubits, die im Steane-Code auf Helios kodiert waren

Die Nature-Studie verwendete Mid-Circuit-Messungen (zerstörungsfreies Auslesen) – eine für die aktive Fehlerkorrektur wesentliche Fähigkeit – und Sandia trug eine neue Benchmarking-Methodik bei, die speziell zur Messung der Leistung dieser Messungen entwickelt wurde .

Unabhängige Validierung

• Sandia National Laboratories evaluierte und zertifizierte das Helios-System unabhängig, stellte neue Benchmarking-Tools zur Verfügung und war Koautor der Studie . Das Quantum Performance Laboratory von Sandia hat eine langjährige kooperative Forschungs- und Entwicklungsvereinbarung mit Quantinuum (im Mai 2026 erneuert) .

Breitere Implikationen

• Helios ist der erste Quantencomputer der 100-Qubit-Klasse auf Ionenfallen-Basis und demonstriert, dass Ionenfallen-Systeme supraleitende Schaltkreis-Qubit-Zahlen (≈100) erreichen können, während sie 10–100× niedrigere Fehlerraten beibehalten
• Das System operiert weit jenseits der Reichweite klassischer Simulation, bestätigt durch Random-Circuit-Sampling-Benchmarks
• Die Fehlerraten auf Komponentenebene sind prädiktiv für die Systemleistung, was bedeutet, dass das Fehlermodell zuverlässig und skalierbar ist
• Die Ergebnisse unterstützen das Ziel des US-Energieministeriums (DOE) für fehlertolerantes Quantenrechnen und markieren eine „neue Grenze der Treue und Komplexität für Quantencomputer“