Компания Quantinuum представила квантовый компьютер Helios, который, по заявлениям разработчиков, обладает вычислительной мощностью, превосходящей всех существующих в мире конкурентов.
Несмотря на то что новая система использует лишь 98 физических кубитов, что меньше, чем у некоторых аналогов, их высочайшее качество и уникальная архитектура позволяют достичь беспрецедентного уровня производительности. Утверждается, что Helios способен решать задачи, которые потребовали бы несоразмерно больших затрат энергии от классического суперкомпьютера.
Мощность квантовых компьютеров основывается на их способности использовать свойства запутанных частиц, таких как ионы, фотоны или атомы. В отличие от классических битов, основанных на двоичном коде, квантовые биты (кубиты) могут одновременно находиться в состояниях 0 и 1. Это, теоретически, позволяет выполнять вычисления такой сложности, которые недоступны традиционным компьютерам. Однако развитию технологии мешают серьёзные препятствия, главное из которых — исправление ошибок, поскольку кубиты крайне чувствительны к шуму окружающей среды и обладают высоким уровнем ошибок.
Для снижения количества ошибок в квантовых системах единица информации кодируется в нескольких кубитах. Такой исправленный набор составляет «логический кубит», а элементы, из которых он состоит, являются «физическими кубитами». Ранее исследователи полагали, что для создания одного логического кубита требуется в среднем десять физических. Однако инженерам Quantinuum удалось построить его всего из двух физических кубитов. Это стало возможным благодаря разработанной структуре, известной как ионная ловушка с линейным пересечением, которая позволила значительно сократить уровень ошибок и повысить вычислительную мощность.
Новый компьютер Helios работает на 98 физических кубитах, из которых команда создала 48 логических кубитов: 48 пар физических кубитов плюс два резервных. Для сравнения, в 2024 году Google использовала 105 физических кубитов на один логический, IBM — 12, а Amazon Web Services — девять. Ключевым преимуществом Helios является особая архитектура, в которой физические кубиты представляют собой ионы бария, удерживаемые в электромагнитной ловушке. Эта конфигурация улучшает обнаружение и коррекцию ошибок, что приводит к производительности, превосходящей существующие аналоги.
Дополнительное преимущество проистекает из самой природы ионных кубитов. В отличие от сверхпроводящих кубитов, закреплённых на поверхности процессора, ионные кубиты могут свободно перемещаться и взаимодействовать с любыми другими ионами в системе. Эта «полная связность» сокращает количество кубитов, необходимых для создания надёжного логического кубита. Стандартный тест Random Circuit Sample показал уровень верности в 99,921% для всех пар физических кубитов, что, по мнению экспертов, является непревзойдённым результатом.
Исследователи заявляют, что Helios пересёк важнейший порог полезной квантовой коррекции ошибок, когда расчёт с применением коррекции ошибок оказывается более точным, чем расчёт без неё. В другой эксперименте Helios был использован для моделирования сверхпроводящего металла при высокой температуре. Симуляции выявили ранее ненаблюдаемое электронное поведение: электроны объединялись в пары посредством квантовой запутанности, принимая общее состояние, когда материал проявлял признаки сверхпроводимости. По словам разработчиков, Helios стал первым квантовым компьютером, позволившим напрямую наблюдать этот феномен.
На следующем этапе Quantinuum планирует к 2027 году разработать усовершенствованную версию Helios под названием Sol, которая будет обладать 192 физическими кубитами. Ещё более мощная система Apollo, объединяющая тысячи отказоустойчивых физических кубитов, ожидается к 2029 году.