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Quantinuum是一家成立于2021年的量子计算公司，由英国量子计算软件公司Cambridge Quantum与霍尼韦尔量子解决方案部门合并而成。霍尼韦尔在量子计算领域深耕十余年，而Cambridge Quantum则成立于2014年，由一批来自牛津大学的量子物理学家创立，因而Quantinuum的诞生可以说是强强联合。目前，Quantinuum估值已达100亿美元。
此次推出的Helios离子阱量子计算机，具有98个物理量子比特，单量子比特门保真度为99.9975%，双量子比特门保真度为99.921%。Helios通过NVQLink与NVIDIA的GB200处理器集成，以支持实时纠错、通过全新的Guppy语言进行混合编程。通过与新加坡国家量子办公室和国家量子计算中心建立战略伙伴关系，Quantinuum将在该国建立研发和运营中心，并在当地部署Helios，以加速量子计算在计算生物学和生物信息学、金融建模和优化、先进材料和化学以及组合优化等领域的商业应用。
图1.Helios量子计算机系统
一、先进的QCCD离子阱架构
Helios离子阱利用微电流产生电磁场，使单个原子离子（量子比特）悬浮在阱上方进行运算。Quantinuum首创的“交叉结”结构犹如量子比特的交通枢纽，可实现高效路由并提升可靠性。Helios不仅是该工程成果的首度商业化应用，更使Quantinuum的QCCD（量子电荷耦合器件）架构具备扩展能力——未来系统将集成数百个如城市路网般排列的交叉结。
传统的系统采用需要顺序执行排序、冷却与门操作的“物理交换”方式进行量子比特路由，导致无法并行运算，而Helios量子处理单元设有专用存储区、缓存区和计算区，使量子比特在环形存储区（内存）中循环，经交叉结转入缓存区，再移送至逻辑区进行门操作，最终暂存于支线存储区的同时处理下一批任务。从而使得排序操作可与冷却过程并行执行，使处理器速度更快、错误率更低。
Quantinuum的QCCD架构提供全互联拓扑，使Helios量子处理单元相比超导系统采用的“固定量子比特”架构具有显著优势。其物理移动量子比特的能力以及任意量子比特间建立纠缠的特性，能够运行在固定架构上几乎无法实现的算法与纠错编码。
图2. Helios离子阱处理器架构
二、改进的量子比特
公司还完成了一项“微小”但关键的改进：将量子比特载体从镱离子更换为钡离子。此前镱离子主要依赖成本高昂且易损伤元件的紫外激光进行操控，而钡离子可使用成熟工业技术支持的可见光谱激光进行操纵，为实现更经济、可靠、可扩展的商业化解决方案奠定基础。
钡离子还天然具备原子级错误检测与消除能力，能够直接处理被称为"量子泄漏"的特定错误类型。通过直接修正此类错误，编程人员可有效提升计算性能。
三、实时控制引擎与Guppy量子编程
Helios系统搭载了全新的技术栈和软件环境，使得量子编程能如经典开发一样直观易用。Quantinuum的新技术栈还配备实时处理引擎，显著提升了系统能力。借助实时控制系统，Quantinuum实现了从静态预置电路到动态量子程序的跨越——系统能够即时响应运算结果进行调整。这让Quantinuum首次能在量子计算机上，于单一程序中交错执行GPU加速的经典计算与量子计算。
编程人员可以在Helios上使用全新的量子编程语言Guppy，编写以往无法实现的动态量子线路。通过将Guppy与实时引擎结合，开发者能够利用基于量子测量的任意控制流，以及完整的经典计算功能——包括循环、高阶函数、提前退出与动态量子比特分配，这些功能是实现大规模容错量子计算不可或缺的基石，让Quantinuum在竞争中获得决定性优势。
四、创新的纠错方案
Helios通过50个纠错逻辑量子比特，在运行迄今最大规模的量子磁性编码模拟时表现出超越盈亏平衡点的性能。Helios还以惊人的2:1编码率生成了48个完全纠错逻辑量子比特，这一比率在数年前还被认为不可能实现。如此超高的编码率与业界其他知名成果形成鲜明对比——例如某著名实验需要4800个物理量子比特才能实现48个逻辑量子比特。Quantinuum通过“编码级联”的创新技术达成这一突破，该方案支持单次纠错、横向逻辑门与完全并行化操作，且状态制备与测量保真度达到99.99%。
五、史上最高保真度
Helios为量子计算性能设定了一个新的标准，其保真度是有史以来最高的。Helios具有98个完全连接的物理量子比特，所有量子比特对的单量子比特门保真度为99.9975%，双量子比特门保真度为99.921%，使其成为世界上最精确的商用量子计算机。Quantinuum在RCS系统级基准测试中始终展现出卓越的性能保真度，且测试结果表明：若要在相同时间内完成同等规模的计算任务，经典超级计算机所需的能耗将超过太阳——准确说是可见宇宙中所有恒星能量总和。而Helios系统达成该目标仅消耗约单个数据中心机柜的能耗水平。
六、与英伟达深度合作
英伟达高调入局量子计算领域，致力于经典-量子混合计算的发展，并于今年9月首次投资了Quantinuum。两家公司也早已达成了深度合作。Quantinuum在Helios及以后的量子计算机中将集成NVIDIA Grace Hopper GPU开展实时解码，将解码转化为动态计算过程而非静态查表，这意味着Quantinuum量子计算机能够实现运算过程中的实时纠错。此外，Helios完全兼容QIR行业标准及NVIDIA CUDA-Q等工具，比以往任何系统都更无缝地桥接经典计算与量子计算，使得混合量子-经典开发变得简单、自然且易于上手。结合Guppy编程语言、NVIDIA CUDA-Q与NVQLink，这套基础设施构成了容错实时量子计算的基石，为近期实现量子优势及可扩展纠错计算铺平道路。
参考文献
1、光子盒,周报|量子计算龙头Quantinuum推出通用商用量子计算机；普林斯顿大学构建新型量子比特，寿命高达1.68毫秒[EB/OL].(2025-11-8)[2025-11-9].https://mp.weixin.qq.com/s/2fi3AUvWsT23c5nYnJ1OWg.
2、Quantinuum，Introducing Helios: The Most Accurate Quantum Computer in the World[EB/OL].(2025-11-5)[2025-11-9].https://www.quantinuum.com/blog/introducing-helios-the-most-accurate-quantum-computer-in-the-world.
3、Quantinuum，Quantinuum Announces Commercial Launch of New Helios Quantum Computer that Offers Unprecedented Accuracy to Enable Generative Quantum AI (GenQAI)[EB/OL].(2025-11-5)[2025-11-9].https://www.quantinuum.com/press-releases/quantinuum-announces-commercial-launch-of-new-helios-quantum-computer-that-offers-unprecedented-accuracy-to-enable-generative-quantum-ai-genqai.
4、安全内参，离子阱！英伟达押注下一代量子计算技术革命方向[EB/OL].(2025-9-5)[2025-11-9].https://www.secrss.com/articles/82791.
5、Quantinnum,Quantinuum selected as a founding collaborator for NVIDIA Accelerated Quantum Research Center[EB/OL].(2025-3-18)[2025-11-9].https://www.quantinuum.com/press-releases/quantinuum-selected-as-a-founding-collaborator-for-nvidia-accelerated-quantum-research-center.
