Helios: o primeiro computador quântico de íons aprisionados com ~100 qubits e fidelidades recordes

Arquitetura QCCD, armadilha em forma de garfo e conectividade total

O Helios é baseado em uma arquitetura de dispositivo de carga acoplada quântico (QCCD) implementada em uma armadilha de eletrodos de superfície 2D . Principais características do projeto:

• Utiliza qubits hiperfinos individuais de ¹³⁷Ba⁺ como portadores de informação
• A conectividade total é possibilitada por um anel de armazenamento de íons giratório que conecta duas regiões de operação quântica através de uma junção
• Os íons são transportados fisicamente entre zonas de memória e lógica espacialmente separadas — os qubits fluem pelo processador como bits em uma CPU clássica, com estruturas de memória dedicadas, barramentos de dados e unidades lógicas
• A junção da armadilha em formato de garfo (tuning-fork) permite que os íons sejam roteados para qualquer zona de porta, possibilitando interações arbitrárias entre pares de qubits

Esta arquitetura baseada em transporte resulta em um tempo médio de profundidade-1 de 55 ms por camada de circuito em todos os 98 qubits .

Codificação de qubits lógicos com correção de erros

O sistema Helios demonstrou múltiplas escalas de codificação de qubits lógicos:

• 94 qubits lógicos com detecção de erros e 48 qubits lógicos com correção completa de erros foram extraídos dos 98 qubits físicos, alcançando desempenho superior ao ponto de equilíbrio (better-than-break-even)
• Com 50 qubits lógicos com detecção de erros, o Helios executou a maior simulação codificada de magnetismo quântico já realizada
• Um relatório técnico separado da Mitsubishi Electric (publicado no mesmo dia) avaliou a Transformada Quântica de Fourier em até 12 qubits lógicos codificados no código Steane no Helios

O artigo da Nature utilizou medições durante o circuito (mid-circuit measurements) (leitura não destrutiva) — uma capacidade essencial para a correção ativa de erros — e o Sandia contribuiu com uma nova metodologia de benchmarking especificamente para medir o desempenho dessas medições .

Validação independente

• Sandia National Laboratories avaliou e certificou o sistema Helios de forma independente, fornecendo novas ferramentas de benchmarking e coautorando o artigo . O Laboratório de Desempenho Quântico do Sandia mantém um Acordo Cooperativo de Pesquisa e Desenvolvimento de longo prazo com a Quantinuum (renovado em maio de 2026) .
• Supercomputador exascale JUPITER da Europa: as evidências disponíveis não mencionam o JUPITER validando o Helios. Esta alegação não é corroborada pelas fontes recuperadas. Pode referir-se a uma comparação de simulação clássica separada ou a uma etapa de validação futura, mas não está documentada no artigo da Nature ou na cobertura da imprensa relacionada.

Implicações mais amplas

• O Helios é o primeiro computador quântico de íons aprisionados da classe de 100 qubits e demonstra que sistemas de íons aprisionados podem atingir contagens de qubits de escala de circuitos supercondutores (≈100) enquanto mantêm taxas de erro 10 a 100 vezes menores
• O sistema opera muito além do alcance da simulação clássica, conforme confirmado por benchmarks de amostragem de circuito aleatório
• As infidelidades em nível de componente são preditivas do desempenho em nível de sistema, o que significa que o modelo de erro é confiável e escalável
• Os resultados apoiam o objetivo do Departamento de Energia dos EUA (DOE) de computação quântica tolerante a falhas e marcam uma "nova fronteira de fidelidade e complexidade para computadores quânticos"