Quantinuum Helios — квантовая вычислительная система компании Quantinuum, представленная 5 ноября 2025 года. Её процессор использует 98 физических кубитов на захваченных ионах бария. Helios стал преемником систем H1 и H2; доступ к нему предлагается через облачный сервис и в виде установки оборудования у заказчика.
Система построена на архитектуре QCCD (): ионы перемещаются между областями хранения и выполнения операций. Доступны взаимодействия между любой парой кубитов, лазерное управление и изменение хода программы по результатам промежуточных измерений.
На Helios исследовали квантовое обнаружение и исправление ошибок, выполнение алгоритмов на логических кубитах, моделирование взаимодействующих частиц и обработку потоковых данных. Число логических кубитов зависит от выбранного кода и задачи: подготовка большого запутанного состояния, защищённая память и выполнение универсального алгоритма предъявляют разные требования к аппаратным ресурсам.
Разработка и представление Helios продолжил развитие ионных компьютеров Quantinuum, однако получил новую геометрию ловушки и другой тип вычислительных ионов. Вместо использовавшихся в предшествующих системах ионов иттербия для хранения квантовой информации выбрали барий. Переход к оптическим операциям с барием позволил использовать лазеры видимого диапазона и уменьшить зависимость от ультрафиолетовой оптики.
Программную платформу для Helios анонсировали 20 августа 2025 года. Она включала язык Guppy, средства компиляции TKET, эмулятор Selene и облачную среду Nexus. Публичному представлению компьютера в ноябре предшествовала двухмесячная программа раннего доступа, в которой участвовали, в частности, JPMorgan Chase и SoftBank. Подробный технический отчёт об устройстве и испытаниях процессора был размещён на arXiv 7 ноября 2025 года. Журнальная версия отчёта опубликована 17 июня 2026 года в Nature.
Архитектура Ионные кубиты Вычислительные кубиты реализованы на двух уровнях сверхтонкой структуры основного электронного состояния однократно ионизированного изотопа бария 137Ba+. Состояния 0 и 1 физического кубита соответствуют уровням с квантовыми числами F = 1 и F = 2 при mF = 0. Для лазерных квантовых операций используются, в частности, пары пучков с длиной волны 515 нм. Ионы 171Yb+ служат для симпатического охлаждения: отводят энергию совместного движения ионов, сохраняя квантовую информацию в бариевых кубитах.
Физические кубиты удерживаются электрическими полями поверхностной электродной ловушки. Её устройство объединяет кольцевую область хранения, перекрёсток для маршрутизации и две линейные области выполнения операций. Восемь зон используются для подготовки состояний, измерений и однокубитных операций; двухкубитные операции выполняются в четырёх зонах. Перемещение ионов позволяет доставлять выбранные пары к управляющим лазерам, а сортировку кубитов совмещать по времени с охлаждением других ионов.
Связность и управление Полная связность Helios означает возможность выполнить операцию над произвольной парой физических кубитов после их перемещения. Она не означает одновременного взаимодействия всех 98 кубитов.
Система поддерживает измерение и повторную инициализацию отдельных кубитов в ходе вычисления, условные переходы и повторное использование освободившихся кубитов. Результат измерения может определять дальнейшие квантовые операции без завершения всей программы. Такие возможности необходимы для адаптивных алгоритмов и многократной коррекции ошибок.
+ Основные характеристики Helios Параметр Характеристика Вычислительные кубиты 98 ионов 137Ba+ Архитектура QCCD с перемещением ионов Связность Произвольная пара кубитов Зоны операций Восемь; двухкубитные операции — в четырёх Базовые операции Однокубитные вращения; двухкубитные вентили ZZ, включая вращения на задаваемый угол Время когерентности T2 Порядка секунд Промежуточные измерения С повторной инициализацией и условным продолжением программы Потребляемая мощность По данным производителя, менее 40 кВт для базовой установки без вспомогательной инфраструктуры
Точность физических операций Согласно журнальной публикации, средняя верность однокубитных операций Клиффорда составляла 99,9975 %, двухкубитных — 99,921 %. Эти показатели усреднялись по рабочим зонам процессора.
Эксплуатационная спецификация июня 2026 года приводит округлённые типичные значения ошибок: 3 × 10−5 для однокубитных операций, 8 × 10−4 для двухкубитных и 5 × 10−4 для подготовки и измерения состояния. Верность отдельного вентиля не равна вероятности правильного выполнения всей программы: при оценке системы учитываются также ошибки хранения, измерений и воздействия операций на другие кубиты.
В документации отдельно выделены ошибки утечки — перехода иона из двухуровневого вычислительного пространства в другие состояния. Для их обнаружения предусмотрены специальные измерения. Поэтому при сравнении результатов существенно, включались ли случаи утечки в оценку или отбрасывались при обработке данных.
Программное обеспечение Guppy — язык квантово-классического программирования, использующий среду и синтаксические возможности Python. Он позволяет описывать условные переходы, циклы и другие конструкции, зависящие от результатов измерения. TKET выполняет компиляцию и оптимизацию программ, Nexus предоставляет доступ к вычислительным ресурсам, а Selene используется для эмуляции и проверки программ. Поддержка промежуточного представления QIR обеспечивает взаимодействие с другими средствами разработки, включая NVIDIA CUDA-Q.
Для декодирования ошибок Helios может обращаться к классической вычислительной системе NVIDIA Grace Hopper по соединению с малой задержкой. В документированном варианте используется алгоритм BP-OSD: распространение вероятностной информации об ошибках дополняется обработкой, требующей значительных классических вычислительных ресурсов. Внешний декодер анализирует синдромы ошибок и возвращает результат для продолжения квантовой программы. По документации, доступ к GPU-декодеру предоставляется отдельным партнёрам и участникам совместных исследований.
Логические кубиты и коррекция ошибок Коды с высокой долей логических кубитов Логические кубиты кодируют в коллективном состоянии физических кубитов. Обнаружение ошибки позволяет отвергнуть повреждённый результат, а исправление — восстановить логическую информацию для продолжения вычисления. На Helios исследовались оба подхода, в том числе семейство кодов Iceberg и их двухуровневые комбинации.
+ Различные эксперименты с логическими кубитами Helios Число логических кубитов Содержание эксперимента 94 Подготовка запутанного состояния Гринбергера — Хорна — Цайлингера (GHZ) с обнаружением ошибок 50 Объявленная при представлении Helios демонстрация моделирования квантового магнетизма с обнаружением ошибок 48 Двухуровневый код с исправлением ошибок: 80 физических кубитов данных и 18 вспомогательных кубитов для цикла коррекции 64 Опубликованная в феврале 2026 года проверка схем моделирования трёхмерной XY-модели с кодом обнаружения ошибок
В препринте февраля 2026 года для 48 логических кубитов авторы получили верхнюю оценку ошибки цикла коррекции 4 × 10−5 на логический кубит. После отбраковки неисправимых ошибок сохранялось 62 ± 2 % запусков. Это условная точность принятых результатов; её необходимо рассматривать вместе с затратами на повторные запуски. В опытах с магнетизмом использовалась частично отказоустойчивая схема: не все операции обладали полной защитой от распространения одиночных ошибок.
Выполнение алгоритмов В мартовском препринте 2026 года исследователи JPMorgan Chase и Quantinuum описали выполнение квантового приближённого алгоритма оптимизации (QAOA) и алгоритма Харроу — Хассидима — Ллойда (HHL) на компьютерах H2 и Helios с использованием семикубитного кода Стина (Steane). Второй алгоритм применялся к небольшому модельному примеру уравнения Пуассона.
Наиболее крупные схемы QAOA использовали 12 логических и 97 физических кубитов и включали до 2132 физических двухкубитных операций. Результат оставался лучше случайного выбора. Для меньших схем исследователи показали пользу дополнительных циклов исправления ошибок и адаптивной подготовки состояний. Авторы характеризовали работу как приближение к уровню незащищённых схем по качеству результата при использовании отказоустойчивых компонентов, а не как универсальное превосходство логических вычислений над физическими.
Код C₄-Helix В сентябре 2026 года опубликован препринт об испытании на Helios кода C₄-Helix, в котором блок из 20 физических кубитов данных кодирует два логических кубита с кодовым расстоянием 6. Проверялись повторная коррекция, операции группы Клиффорда и перенос информации между разными кодами. Оценка ошибки памяти на логический кубит за цикл составляла около 4,6 × 10−5; приведённый авторами 95-процентный доверительный интервал соответствовал примерно (2,0-10,8) × 10−5.
В этих опытах защищённые реализации превосходили соответствующие незащищённые варианты без отбраковки запусков. Память проверялась в X-базисе. Результат относился к испытанным блокам и операциям; заявленные в той же работе перспективы дальнейшего снижения ошибок основывались на численном моделировании.
Вычислительные эксперименты Случайные квантовые схемы В технической публикации Helios испытывали на случайных схемах, включая выборку случайных квантовых схем (RCS). Для оценки верности применялось зеркальное тестирование: за прямой последовательностью операций следовала обратная, а вероятность возвращения в исходное состояние позволяла судить о накопленных ошибках. Авторы заключили, что исследованные схемы соответствуют режиму, практически недоступному рассмотренным классическим методам.
Независимая проверка на JUPITER В препринте апреля 2026 года исследователи Юлихского суперкомпьютерного центра исследовали Helios-1 с помощью варианта QAOA с линейным изменением параметров. На суперкомпьютере JUPITER они выполнили точное моделирование идеальных схем размером до 48 кубитов и 3384 двухкубитных операций, сравнив его с экспериментальными результатами.
Для этих схем авторы не обнаружили ясного статистического различия между выборками Helios и идеальным расчётом. При дальнейшем увеличении размеров, уже без полного классического эталона, выход оставался отличимым от случайного вплоть до исследованных схем с 93 кубитами и 12 834 двухкубитными операциями. Для схем с 95 кубитами применённый критерий переставал выявлять такое отличие. Эта граница относится к выбранному семейству задач, глубинам схем и объёму выборки, а не является общим пределом работоспособности процессора.
Моделирование сверхпроводящих корреляций В препринте, впервые представленном в ноябре 2025 года и обновлённом в феврале 2026 года, на Helios исследовали парные корреляции в нескольких вариантах модели Ферми — Хаббарда. Рассматривались неравновесное спаривание под действием электромагнитного поля, спаривание d-типа в шахматной решётке и спаривание s-типа в двухслойной модели, связанной с никелатными сверхпроводниками.
Вычисления позволяли готовить квантовые состояния модели и измерять корреляции, важные для изучения механизмов сверхпроводимости. Квантовые состояния ионного процессора использовались для представления взаимодействующих электронов исследуемой модели.
Потоковые вычисления и случайность В совместном препринте исследователей Quantinuum и JPMorgan Chase описана реализация на Helios квантового потокового алгоритма для задачи Hidden Matching. Классический сервер передавал элементы данных по мере их поступления, а квантовая система обновляла компактное представление потока, сохраняя когерентность между обращениями к серверу. Для этой вычислительной модели известно теоретическое экспоненциальное преимущество по необходимому объёму памяти. Эксперимент демонстрировал соответствующий алгоритмический механизм; преимущество по памяти не тождественно ускорению произвольной обработки данных.