Квантовый процессор Helios: танец 98 ионов в электромагнитной ловушке экспресс

Оригинал: "Helios: A 98-qubit trapped-ion quantum computer"
· Anthony Ransford, M. S. Allman, Jake Arkinstall, J. P. Campora III, Samuel F. Cooper, Robert D. Delaney, Joan M. Dreiling, Brian Estey, Caroline Figgatt, Alex Hall, Ali A. Husain, Akhil Isanaka, Colin J. Kennedy, Nikhil Kotibhaskar, Ivaylo S. Madjarov, Karl Mayer, Alistair R. Milne, Annie J. Park, Adam P. Reed, Riley Ancona, Molly P. Andersen, Pablo Andres-Martinez, Will Angenent, Liz Argueta, Benjamin Arkin, Leonardo Ascarrunz, William Baker, Corey Barnes, John Bartolotta, Jordan Berg, Ryan Besand, Bryce Bjork, Matt Blain, Paul Blanchard, Robin Blume-Kohout, Matt Bohn, Agustin Borgna, Daniel Y. Botamanenko, Robert Boutelle, Natalie Brown, Grant T. Buckingham, Nathaniel Q. Burdick, William Cody Burton, Varis Carey, Christopher J. Carron, Joe Chambers, John Children, Victor E. Colussi, Steven Crepinsek, Andrew Cureton, Joe Davies, Daniel Davis, Matthew DeCross, David Deen, Conor Delaney, Davide DelVento, B. J. DeSalvo, Jason Dominy, Ross Duncan, Vanya Eccles, Alec Edgington, Neal Erickson, Stephen Erickson, Christopher T. Ertsgaard, Bruce Evans, Tyler Evans, Maya I. Fabrikant, Andrew Fischer, Cameron Foltz, Michael Foss-Feig, David Francois, Brad Freyberg, Charles Gao, Robert Garay, Jane Garvin, David M. Gaudiosi, Christopher N. Gilbreth, Josh Giles, Erin Glynn, Jeff Graves, Azure Hansen, David Hayes, Lukas Heidemann, Bob Higashi, Tyler Hilbun, Jordan Hines, Ariana Hlavaty, Kyle Hoffman, Ian M. Hoffman, Craig Holliman, Isobel Hooper, Bob Horning, James Hostetter, Daniel Hothem, Jack Houlton, Jared Hout, Ross Hutson, Ryan T. Jacobs, Trent Jacobs, Melf Johannsen, Jacob Johansen, Loren Jones, Sydney Julian, Ryan Jung, Aidan Keay, Todd Klein, Mark Koch, Ryo Kondo, Chang Kong, Asa Kosto, Alan Lawrence, David Liefer, Michelle Lollie, Dominic Lucchetti, Nathan K. Lysne, Christian Lytle, Callum MacPherson, Andrew Malm, Spencer Mather, Brian Mathewson, Daniel Maxwell, Lauren McCaffrey, Hannah McDougall, Robin Mendoza, Michael Mills, Richard Morrison, Louis Narmour, Nhung Nguyen, Lora Nugent, Scott Olson, Daniel Ouellette, Jeremy Parks, Zach Peters, Jessie Petricka, Juan M. Pino, Frank Polito, Matthias Preidl, Gabriel Price, Timothy Proctor, McKinley Pugh, Noah Ratcliff, Daisy Raymondson, Peter Rhodes, Conrad Roman, Craig Roy, Ciaran Ryan-Anderson, Fernando Betanzo Sanchez, George Sangiolo, Tatiana Sawadski, Andrew Schaffer, Peter Schow, Jon Sedlacek, Henry Semenenko, Peter Shevchuk, Susan Shore, Peter Siegfried, Kartik Singhal, Seyon Sivarajah, Thomas Skripka, Lucas Sletten, Ben Spaun, R. Tucker Sprenkle, Paul Stoufer, Mariel Tader, Stephen F. Taylor, Travis H. Thompson, Raanan Tobey, Anh Tran, Tam Tran, Grahame Vittorini, Curtis Volin, Jim Walker, Sam White, Douglas Wilson, Quinn Wolf, Chester Wringe, Kevin Young, Jian Zheng, Kristen Zuraski, Charles H. Baldwin, Alex Chernoguzov, John P. Gaebler, Steven J. Sanders, Brian Neyenhuis, Russell Stutz, Justin G. Bohnet
arXiv:2511.05465 · 2025-11-07 · CC BY 4.0 · 1 мин
Инженеры построили квантовый процессор из 98 ионов бария, который делает очень мало ошибок.

В новом процессоре Helios 98 ионов бария движутся по замкнутому маршруту в электромагнитной ловушке, словно лошадки на карусели. Такая архитектура — кольцевой регистр — позволяет любому иону обмениваться квантовой информацией с любым другим напрямую, делая систему гибкой и масштабируемой. Лазерные импульсы, подобно дирижёрской палочке, управляют состояниями ионов, передавая команды со скоростью света и запутывая частицы для вычислений.

Главная проблема квантовых вычислений — декогеренция — накопление ошибок из-за взаимодействия с окружением. Чем сложнее задача, тем выше шанс сбоя. Helios ломает эту закономерность: его двухкубитные операции точны на 99,992% — примерно одна ошибка на 12 500 шагов. Это рекорд для систем такого размера.

Для защиты от теплового шума температура в ловушке поддерживается близкой к абсолютному нулю — холоднее межзвёздной пустоты. Состояние каждого иона контролируется с помощью лазерной спектроскопии: зондирующие импульсы считывают квантовые уровни, не разрушая информацию. Такая надёжность открывает путь к вычислениям, немыслимым для классических суперкомпьютеров — например, моделированию сложных молекул или оптимизации глобальных логистических сетей. Саму идею квантового компьютера выдвинул Ричард Фейнман, а технологию ионных ловушек, лежащую в основе Helios, разработал Дэвид Вайнленд.

Барий‑137 выбран не случайно: его энергетические уровни настолько удобны, что лазер настраивает их, словно пульт — телеканал.

Такая машина напоминает квантовый компьютер из романа Артура Кларка, способный моделировать сознание.

Учёные
Ludwig BoltzmannRudolf ClausiusJacob BekensteinStephen HawkingJames Clerk MaxwellDavid Deutsch
Понятия
точность квантовый процессор IBM отказоустойчивый квантовый компьютер гелий логический кубит кубит гибридный алгоритм гелий-3 гибридная система рубидий полупроводниковые кубиты центр обработки данных считывание классический компьютер вычислительная мощность сверхпроводящая электроника литий-ионный аккумулятор порог ошибок температура жидкого гелия однокубитная операция