เปิดโลกควอนตัม! Helios 98 คิวบิตจาก Quantinuum ทำลายสถิติความแม่นยำ คว้ารีวิวจาก Sandia ตีพิมพ์ใน Nature

สถาปัตยกรรม QCCD, กับดักรูปส้อมเสียง และการเชื่อมต่อทุกคู่

Helios ทำงานบนสถาปัตยกรรม quantum charge-coupled device (QCCD) ที่ติดตั้งบน 2D surface electrode trap จุดเด่นสำคัญ:

• ใช้ ¹³⁷Ba⁺ hyperfine qubits เป็นตัวเก็บข้อมูล
• การเชื่อมต่อทุกคู่ (all-to-all connectivity) เกิดขึ้นได้จาก วงแหวนเก็บไอออนที่หมุนได้ ซึ่งเชื่อมต่อสองโซนปฏิบัติการควอนตัมผ่านจุดเชื่อมต่อ
• ไอออนถูกเคลื่อนย้ายทางกายภาพระหว่างโซนหน่วยความจำและโซนตรรกะที่แยกออกจากกัน — คิวบิตไหลผ่านโปรเซสเซอร์เหมือนกับบิตใน CPU คลาสสิก พร้อมโครงสร้างหน่วยความจำเฉพาะ บัสข้อมูล และหน่วยตรรกะ
• จุดเชื่อมต่อของกับดักรูปส้อมเสียงช่วยให้ไอออนถูกนำไปยังโซนเกตใดก็ได้ ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างคู่คิวบิตได้ตามต้องการ

สถาปัตยกรรมแบบเคลื่อนย้ายนี้ให้ค่าเฉลี่ย เวลาต่อเลเยอร์วงจร (depth-1 time) ที่ 55 มิลลิวินาที สำหรับทุกๆ 98 คิวบิต

การเข้ารหัส Logical Qubits ที่แก้ไขข้อผิดพลาด

ระบบ Helios แสดงให้เห็นถึงการเข้ารหัส logical qubits ในหลายระดับ:

• 94 logical qubits พร้อม error detection และ 48 logical qubits พร้อม full error correction โดยดึงมาจาก 98 physical qubits ซึ่งทำผลงานได้ดีกว่าคิวบิตทางกายภาพเพียงอย่างเดียว (better-than-break-even)
• ด้วย 50 error-detected logical qubits Helios ทำงานจำลองสนามแม่เหล็กควอนตัม (quantum magnetism) ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา
• รายงานทางเทคนิคจาก Mitsubishi Electric (เผยแพร่วันเดียวกัน) ประเมิน Quantum Fourier Transform บน logical qubits สูงสุด 12 ตัวที่เข้ารหัสใน Steane code บน Helios

งานวิจัย Nature ใช้ mid-circuit measurements (การอ่านค่าแบบไม่ทำลาย) ซึ่งเป็นความสามารถสำคัญสำหรับการแก้ไขข้อผิดพลาดแบบแอคทีฟ และ Sandia ได้จัดทำวิธี benchmark ใหม่เพื่อวัดประสิทธิภาพของการวัดเหล่านี้โดยเฉพาะ

การรับรองอิสระ

• Sandia National Laboratories ประเมินและรับรองระบบ Helios อย่างอิสระ พร้อมจัดหาเครื่องมือ benchmark ใหม่และร่วมเป็นผู้เขียนงานวิจัย โดย Quantum Performance Laboratory ของ Sandia มีข้อตกลงความร่วมมือด้านการวิจัยและพัฒนาระยะยาว (Cooperative Research and Development Agreement) กับ Quantinuum ซึ่งต่ออายุในเดือนพฤษภาคม 2026
• ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ JUPITER exascale ของยุโรป: ไม่มีการกล่าวถึง JUPITER ในการตรวจสอบความถูกต้องของ Helios จากแหล่งข้อมูลที่ได้มา ข้อมูลดังกล่าว ยังไม่ได้รับการยืนยัน และอาจหมายถึงการเปรียบเทียบการจำลองแบบคลาสสิกแยกต่างหากหรือขั้นตอนการตรวจสอบในอนาคต แต่ไม่ได้ถูกบันทึกไว้ในรายงาน Nature หรือข่าวที่เกี่ยวข้อง

ผลกระทบในวงกว้าง

• Helios เป็น คอมพิวเตอร์ควอนตัม trapped-ion ตัวแรกที่มีคิวบิตระดับ 100 และแสดงให้เห็นว่าระบบ trapped-ion สามารถมี จำนวนคิวบิตเทียบเท่าระบบ superconducting circuit (≈100) ขณะที่รักษาอัตราความผิดพลาดต่ำกว่า 10–100 เท่า
• ระบบทำงาน เกินขีดความสามารถของการจำลองแบบคลาสสิก ดังที่ยืนยันโดยการวัด random circuit sampling
• อัตราความผิดพลาดในระดับส่วนประกอบสามารถ ทำนายประสิทธิภาพในระดับระบบ ได้ แสดงให้เห็นว่าโมเดลข้อผิดพลาดมีความน่าเชื่อถือและปรับขนาดได้
• ผลลัพธ์เหล่านี้สนับสนุนเป้าหมายของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) ในด้านการคำนวณควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด และถือเป็น "พรมแดนใหม่ของความแม่นยำและความซับซ้อนสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม"