サンディア国立研究所とQuantinuumは、98量子ビットの商用イオントラップ型量子コンピュータHeliosに関する査読済み性能データを学術誌Natureに発表した。2026年5月に更新された長期的な共同研究開発契約（CRADA）の下で運用され、サンディアの研究者がシステムの動作パラメータを評価・検証した。ベンチマークルーチンにより、単一量子ビットゲート忠実度99.9975%（平均誤差率2.5×10−5）、2量子ビットゲート忠実度99.921%（平均誤差率7.9×10−4）、および状態準備・測定（SPAM）忠実度99.967%が確認された。これらの指標は、古典シミュレーションの限界を超えた動作をシステムが実行できる基準誤差率を確立するものである。
ハードウェアコアは、物理量子ビットとして137Ba+（バリウム）超微細クロック状態を利用する二次元表面電極量子電荷結合素子（QCCD）アーキテクチャ上に構築されている。デバイス製造の複雑さを増大させることなく全結合性を実現するため、Heliosは異なるメモリゾーンとロジックゾーン間の物理的ルータとして機能する4方向「X」接合部を組み込んでいる。量子ビットは、周辺部の回転可能なイオン貯蔵リングと、ランダムアクセスおよびシーケンシャルメモリバンクとして機能する一連のレッグ貯蔵回廊に格納される。プログラム層では、専用の「キャッシュ」ゾーンが事前ソートされたイオンをバッファリングし、8つの高忠実度量子ロジックゾーンに変換する。この空間的分離により、次の量子ビットバッチの物理的ソートをアクティブイオンのレーザー冷却サイクルと並行して進めることができ、ハードウェアの実効クロック速度が向上する。
これらの物理的イオン移動を統制するには、Heliosランタイムソフトウェアモジュールによって制御される統合古典-量子制御スタックが必要である。静的で事前計画されたコンパイル方法から脱却し、この制御層は量子状態がライブのまま、プログラムの「仮想量子ビット」に対するアルゴリズム演算を対応する物理的イオン輸送コマンドにリアルタイムで変換する。ランタイムアーキテクチャは、回路途中のデータに基づいてイオンの分割、結合、線形移動、接合部ルーティングを動的に管理する。このリアルタイムコンパイル機能により、条件付きif-then-else分岐、for/whileループ、早期回路終了ルーチンなどの複雑なプログラムロジックの展開が可能となり、平坦で変更不可能なアセンブリ文字列に依存するのではなく、高レベルの古典コンピューティングフレームワークを反映している。
サンディアは、自動化された回路途中測定とリセット（MCMR）を含むランダムクリフォード回路などの体積ベンチマークを使用してHeliosのシステムレベル忠実度を検証した。これらのテストは、構造的量子誤り訂正に不可欠なハードウェアのクロストーク境界と安定化子追跡機能を評価した。ランダム回路サンプリング（RCS）による追加検証により、98量子ビットプロセッサの古典計算障壁がマッピングされた。最適化されたテンソルネットワーク縮約モデリングは、Heliosの深いランダム回路のクロスエントロピー指標を古典的にシミュレートするには、エクサスケール年単位の計算規模と数メガワットのエネルギー消費が必要であることを示しており、このイオントラップクラスタが現代のスーパーコンピューティングアーキテクチャに挑戦する領域で動作していることを確認している。
国立研究所からの公式共同発表は、サンディアニュースルームで確認できる。基礎となるバリウムイオン遷移、接合部輸送動作、ランダム回路サンプリングコスト構成を追跡する完全な査読済み工学データについては、Natureで入手可能な完全版論文を参照のこと。
2026年6月18日
