98量子比特的离子阱量子计算机，任意两个量子比特均可直接通信

本文详细介绍了Quantinuum公司研发的Helios量子处理器——一台拥有98个量子比特的离子阱量子计算机。与传统量子计算机不同，Helios采用‘量子电荷耦合器件’（QCCD）架构，其核心是一条可旋转的离子存储环，通过一个‘X形’四向结点连接两个量子运算区，从而实现所有量子比特之间的全连接（即任意两个量子比特都可直接进行运算）。这种设计避免了固定位置架构的布线瓶颈，让量子比特像经典芯片中的电子一样‘流动’起来：它们被分组运输到专用区域执行运算，完成后返回存储环，大幅提升了系统扩展性与运行效率。

Helios有三大关键技术突破：第一，首次使用钡-137（¹³⁷Ba⁺）离子作为量子比特，相比以往常用的镱离子，其可见光波段的激光操控更成熟、稳定且成本更低，两比特门保真度达99.92%；第二，创新的‘X形结点’设计，无需增加电路控制复杂度，就能灵活调度量子比特在存储区与运算区之间流动；第三，配备全新实时编译软件栈（Helios Runtime），能动态将用户编写的‘虚拟量子比特’程序，在运行中即时映射到物理硬件上，并支持if-else、循环等高级编程逻辑，极大降低了编程门槛。

实测性能方面，Helios在所有关键指标上均创纪录：单比特门平均错误率仅0.0025%，两比特门为0.079%，制备与测量（SPAM）错误率为0.033%。这些微小误差叠加后，仍能高质量运行极其复杂的随机电路（RCS），其输出结果已远超当今最强超级计算机的模拟能力——这不仅是技术验证，更意味着它已迈入真正具备实用潜力的量子计算新阶段。目前，Helios已在超导材料模拟和密码学随机数生成等实际应用中展现出独特价值。展望未来，其模块化架构和结点设计，为构建千比特级、支持容错计算的大型量子计算机铺平了道路。