イオントラップ方式の量子コンピューティング開発企業Quantinuum（NASDAQ: QNT）は、98量子ビットの商用プロセッサ「Helios」において、Helix量子誤り訂正（QEC）アーキテクチャの実験的検証を実施したことを発表した。公開された研究論文で詳述されているこのデモンストレーションでは、保護された論理メモリ、高速な論理Cliffordゲート計算、そしてコード間の論理エンタングルメントにまたがる完全なフォールトトレラント・スタックが検証され、ポストセレクションに頼ることなく、ベンチマークを行ったすべての演算において符号化されていない物理ベースラインを上回る性能を示した。
Helixアーキテクチャは[[20, 2, 6]] C4-Helixコードを基盤としている。これは[[10, 2, 3]]ツイストトーリックコードと[[4, 2, 2]]ブロックコードを組み合わせた連結シンプレクティック・ダブルコードである。QuantinuumのQuantum Charge-Coupled Device（QCCD）アーキテクチャが持つ再構成可能な2Dシャトリング機能を活用することで、このコードは非平面トーラス・トポロジーを実装し、同等の距離を持つ従来型の回転サーフェスコードと比較して、空間的な量子ビットオーバーヘッドを3.5分の1に削減する。アクティブなシンドローム抽出とハードウェアレベルの漏洩再ポンピングを行う20ラウンドのメモリベンチマークにおいて、Helixは論理量子ビット・サイクルあたり4.6 × 10-5（1ラウンドあたりのブロック論理誤り率9.3 × 10-5）という世界記録となる論理メモリ誤り率を達成し、0.5%のフォースドギャップ・デコーダー・ポストセレクションを併用することでさらに1.9 × 10-5まで低下した。
| 【Helixフォールトトレラント・アーキテクチャ実験ベンチマーク】 | ||
|---|---|---|
| ベンチマーク領域 | 符号化Helix結果 | 物理ベースライン／性能差分 |
| 論理メモリ誤り率（20サイクル） | 4.6 × 10-5／LQ／サイクル（ブロック9.3 × 10-5） | ポストセレクションなしで物理メモリベースラインを上回る |
| 論理Clifford誤り率（2量子ビットTQRB） | 論理Cliffordゲート1回あたり2.8 × 10-4 | 物理Clifford誤り率1.2 × 10-3（4.28倍の改善） |
| コード間エンタングルメント（3-LQ GHZ） | 忠実度下限99.925%～99.975% | 物理GHZベースライン99.537%～99.791%（忠実度+0.39%向上） |
シリアルなゲート実行と高コストなラティスサージェリーを排除するため、Helixはソフトウェアレベルでの量子ビット再ラベリングとイオン輸送によって直接駆動される深さ1のトランスバーサルゲートと置換ベースの自己同型を用いて、2量子ビットの論理Cliffordグループ全体を実行する。このコードの2つの論理量子ビットにわたる2量子ビットランダム化ベンチマーキング（TQRB）では、ゲート1回あたり2.8 × 10-4の論理Clifford誤り率が得られた――これは同一ハードウェア上での符号化されていない物理2量子ビットClifordゲート（1.2 × 10-3）に対して4.28倍の忠実度向上である。この性能は、リアルタイムの適応的シンドローム抽出（ASE）によってさらに強化され、物理2量子ビットゲート数を33%削減し、ショットあたりの実行時間を23%短縮した。
普遍的な量子計算に対応するため、Quantinuumは、Helixにおけるメモリ演算とCliffordゲート演算を専用のマジック状態蒸留コードと結合する異種コード・アーキテクチャを実証した。深さ2のチェーンマップCNOTインターフェースを用いて、研究チームは1つの[[25, 1, 5]]回転サーフェスコード・ブロックと2つのC4-Helix論理量子ビットにまたがる3論理量子ビットGHZ状態を作成し、忠実度下限99.925%（上限99.975%）を達成した。これは物理3量子ビットGHZベースライン（99.537%）を上回るものである。この結果は、Helixメモリに非Clifford資源状態を注入するために必要な物理層プリミティブを検証するものであり、同社が今後投入予定のフォールトトレラント「Apollo」ハードウェア世代に向けた設計指針を提供する。
回路レベルのシミュレーションによれば、今後のハードウェア世代で見込まれるゲート忠実度向上により、コード距離を増やしたり物理量子ビットのオーバーヘッドを追加したりすることなく、この[[20, 2, 6]]コードそのままで論理誤り率10-6～10-8の領域に到達する見通しである。さらに、[[60, 2, 12]] Carbon-Helixおよび[[100, 2, 18]] Double-Helixコードを含む、より高い距離を持つ連結型の派生コードは、システム規模の拡大に伴っても低オーバーヘッドのトランスバーサル演算および自己同型ベースのCliffordゲート計算を維持するための直接的なアーキテクチャ的スケーリング経路を提供する。
公式発表ブログはこちら、arXiv PDF掲載の技術論文全文はこちらからご覧いただける。また、QuantinuumのCHIPS Act契約に関する過去記事、およびフォールトトレラント・イオントラップ設計指針に関する過去の分析記事もあわせてご参照いただきたい。
2026年9月9日
