Nieuwe kwantumcomputer Helios verslaat supercomputers bij testrekensom

Een qubit is de rekeneenheid van een kwantumcomputer, vergelijkbaar met een bit in een gewone computer. Hoe meer qubits een machine heeft, hoe complexer de berekeningen die hij aankan. Quantinuum, een bedrijf met vestigingen in Cambridge (Groot-Brittannië) en Broomfield (Colorado, VS), presenteerde deze week Helios: een kwantumcomputer met 98 qubits. Dat is de grootste machine ooit gebouwd op basis van zogeheten trapped-ion technologie. Eerdere versies van Quantinuum werkten nog met 32 qubits (2023) en 56 qubits (2025).

Bij trapped-ion kwantumcomputers zweven geladen atomen, ionen genoemd, vast in een ionenval: een val van elektromagnetische velden. Dat is anders dan bij concurrerende technieken, zoals supergeleidende chips, waarbij de qubits op een vaste plek op een chip zitten. Bij Helios worden de ionen juist rondgestuurd tussen een opslaggebied en een verwerkingsgebied, een beetje zoals een harde schijf en een processor in een gewone computer gescheiden zijn. Deze aanpak heet QCCD, een architectuur die al in 2002 werd bedacht maar nu voor het eerst op deze schaal werkt.

Een rozet van ionen

Helios heeft de vorm van een rozet: een ring waarin ionen worden opgeslagen, met twee armen waar de daadwerkelijke berekeningen plaatsvinden met laserpulsen. Het kruispunt waar ring en armen samenkomen, de zogeheten X-junction, is de sleutel tot de doorbraak. Eerdere machines met deze architectuur konden ionen alleen in een rechte lijn of lus verplaatsen en dus maar één taak tegelijk uitvoeren. Dankzij de X-junction kan Helios meerdere taken tegelijk verwerken, wat de machine flink sneller maakt.

Naast deze hardwareverbetering gebruikt Quantinuum nieuwe besturingssoftware, de Helios runtime. Die software berekent voortdurend de snelste route waarlangs ionen door de twee richtingen van de X-junction moeten reizen. De combinatie van hardware en software zorgt er ook voor dat storing tussen naburige qubits, ook wel crosstalk genoemd, wordt beperkt. Bovendien kunnen qubits tussentijds gemeten en gereset worden, waardoor fouten vroeg worden opgemerkt. Dat is belangrijk, want kwantumfoutcorrectie is een van de grootste uitdagingen in het vakgebied.

Nog een lange weg te gaan

Met deze verbeteringen kan Helios rekensommen uitvoeren die geen enkele klassieke supercomputer binnen een redelijke tijd en met een redelijk energieverbruik kan natrekenen. Toch gaat het vooralsnog om willekeurige testberekeningen, bedoeld om de prestaties van de machine te meten. Ze hebben nog geen praktisch nut voor wetenschap of bedrijfsleven.

Om dat wel te bereiken, is nog een enorme sprong nodig. Optimistische schattingen gaan uit van machines met ongeveer een miljoen qubits om echt bruikbare berekeningen te doen. Het Britse National Quantum Strategy Mission 1-programma streept zelfs naar een fouttolerante kwantumcomputer die een biljoen rekenstappen aankan. Ter vergelijking: de langste berekening die Helios tot nu toe deed, bestond uit ongeveer 4.000 stappen op 98 qubits. Om dat gat te dichten, zouden duizenden van dit soort apparaten met elkaar verbonden moeten worden via kwantumverbindingen, wat weer nieuwe technische obstakels oplevert, zoals langzame en precieze ionentransporten die bij grotere systemen alleen maar lastiger worden. Helios is dus een indrukwekkende tussenstap, geen eindpunt.