Helios to najnowszy komputer kwantowy firmy Quantinuum, spadkobierca systemu H2, który już wcześniej przekroczył próg tzw. supremacji kwantowej – momentu, w którym maszyna kwantowa potrafi rozwiązać zadanie szybciej niż jakikolwiek klasyczny komputer. Nowa konstrukcja niemal podwaja liczbę kubitów (do 98) i osiąga niespotykaną dotąd dokładność: 99,9975 proc. w operacjach na jednym kubicie i 99,921 proc. w operacjach dwukubitowych.
To właśnie ta “wierność” – czyli precyzja odwzorowania idealnych obliczeń kwantowych w rzeczywistej maszynie – stanowi o prawdziwej przewadze Heliosa. W benchmarku Random Circuit Sampling (RCS), który stał się standardem oceny mocy komputerów kwantowych, urządzenie Quantinuum osiągnęło wynik, którego żaden klasyczny superkomputer nie byłby w stanie powtórzyć w rozsądnym czasie. Jak obrazowo ujął to główny architekt systemu, dr Anthony Ransford:
Trzeba by zebrać energię wszystkich gwiazd widzialnego Wszechświata, by klasyczny komputer wykonał to, co Helios zrobił w tym samym czasie.
Architektura przyszłości: krzyżujące się jonowe autostrady
Serce Heliosa stanowi pułapka jonowa, w której pojedyncze atomy baru unoszą się w polach elektromagnetycznych, tworząc fizyczne kubity – podstawowe jednostki informacji kwantowej. Nowością jest wprowadzenie pierwszego komercyjnego “skrzyżowania” w architekturze QCCD (Quantum Charged Coupled Device), które działa niczym skrzyżowanie dla poruszających się kubitów.
Czytaj też: Kwantowy router zadziałał ze zwykłym internetem. Zdumiewająco wysoka jakość przesyłu danych
To przełom – dotychczas kubity musiały być przesuwane sekwencyjnie, jak klocki domina; teraz mogą być przenoszone równolegle, co radykalnie przyspiesza operacje i zmniejsza liczbę błędów. Jak wspomina główny naukowiec Quantinuum, dr John Gaebler:
Kiedy po raz pierwszy zobaczyłem szkic obrotowego pierścienia z łączeniem – dosłownie na serwetce – pomyślałem: genialne w swojej prostocie. Dziś ten pomysł działa naprawdę.
Zastosowanie jonów baru zamiast iterbu to kolejny krok w kierunku skalowalności. Bar reaguje na lasery w zakresie światła widzialnego – znacznie tańsze i trwalsze niż ultrafioletowe źródła wymagane przez iterb – a przy tym naturalnie wykrywa i eliminuje tzw. wycieki stanu kwantowego. Dzięki temu każdy kubit Heliosa jest stabilniejszy, a cały układ mniej podatny na dekoherencję.
Jak pisać programy kwantowe “po ludzku”
Helios to nie tylko sprzęt. Firma opracowała całkowicie nowy stos programowy, który po raz pierwszy sprawia, że programowanie kwantowe przypomina klasyczne. Centralną rolę odgrywa tu język Guppy, zaprojektowany do dynamicznego sterowania obwodami i łączenia obliczeń klasycznych z kwantowymi w czasie rzeczywistym.
Silnik real-time control pozwala komputerowi reagować “na żywo” na wyniki pomiarów i zmieniać przebieg obliczeń w trakcie działania. To pierwszy przypadek, gdy obliczenia na GPU i kubitach są łączone w jednym programie. Taka hybryda umożliwia tworzenie adaptacyjnych algorytmów, które są podstawą przyszłych systemów odpornych na błędy.
Helios współpracuje z platformą NVIDIA CUDA-Q, a jego oprogramowanie można uruchamiać zarówno w chmurze, jak i na dedykowanym sprzęcie w firmach. Pierwszymi partnerami testującymi system byli m.in. SoftBank Corp. i JPMorgan Chase, które badały jego możliwości w modelowaniu procesów finansowych i chemicznych.
Quantinuum utrzymuje, że Helios to pierwszy komputer kwantowy klasy korporacyjnej zdolny do obsługi w pełni uniwersalnego zestawu bramek odpornych na błędy. Z 98 fizycznych kubitów udało się skonstruować 94 kubity logiczne, w pełni splątane w jednym z największych w historii stanów GHZ.
Nowatorski Iceberg Code, opublikowany w Nature Physics w 2024 r., umożliwia osiągnięcie wydajności kodowania na poziomie 1:1 – każde logiczne obliczenie wymaga zaledwie dwóch dodatkowych kubitów pomocniczych. Dla porównania, konkurencyjne rozwiązania potrzebują tysięcy kubitów fizycznych, by uzyskać podobną stabilność.
Helios wykonał największą dotąd symulację magnetyzmu kwantowego z użyciem kubitów logicznych, a w testach z kodami korekcji błędów osiągnął efektywność przekraczającą próg break-even – moment, gdy kubity logiczne działają lepiej niż fizyczne. To znaczący krok w stronę w pełni bezbłędnych obliczeń kwantowych.
Od laboratoriów do przemysłu
Zanim Helios ujrzał światło dzienne, już był wykorzystywany w badaniach nad nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym i magnetyzmem kwantowym – dwóch dziedzinach kluczowych dla przyszłości materiałów i elektroniki. Wyniki sugerują, że maszyna może posłużyć do opracowywania nowych nadprzewodników, modeli reakcji chemicznych czy sieci neuronowych kwantowych.
System jest dostępny komercyjnie – zarówno przez chmurę, jak i w wersji on-premise, z opcją integracji z procesorami NVIDIA GB200. Quantinuum zapowiada, że kolejne generacje komputerów będą zawierać setki “skrzyżowań” w architekturze QCCD, co pozwoli skalować liczbę kubitów niczym sieć ulic w mieście.
Jak ujął to prezes Quantinuum, dr Rajeeb Hazra:
Helios to cud techniki – harmonijne połączenie sprzętu i oprogramowania, które otwiera zupełnie nową przestrzeń odkryć.
Jeśli zapowiedzi się sprawdzą, Helios stanie się nie tylko symbolem kwantowej rewolucji, lecz także jej katalizatorem – punktem, w którym przyszłość obliczeń naprawdę się zaczyna.