「本源悟空」破解量子隨機存儲器擴展難題

香港文匯報訊 據《科技日報》報道，記者2日從安徽省量子計算芯片重點實驗室獲悉，本源量子聯合中國科學技術大學、合肥綜合性國家科學中心人工智能研究院等科研團隊，在「本源悟空」自主超導量子計算機上成功研發出面向桶式量子隨機存儲器（QRAM）的「相干量子路由系統」，相當於為數據中心架設了「快速路」，有效解決了QRAM擴展的行業難題。相關論文日前發表於國際物理期刊《物理評論X》。

如果把量子計算機比作「智慧城市」，那麼量子隨機存儲器（QRAM）就是其中存儲和調度數據的「數據中心」。QRAM是實現量子搜索、量子機器學習等算法的重要功能模塊，其核心是「量子路由器」——它負責根據地址指令將數據準確送達目標位置。但傳統方案隨路由網絡規模增大，每增加一個節點就需大量標準量子門層層分解指令，導致線路深度劇增、誤差累積，限制了QRAM的擴展。

在擁堵數據通道上方架「快速路」

針對這一難點，研究團隊提出了一種基於輔助能級的量子路由器構建方案。「相干量子路由系統」利用超導量子比特的輔助能級，將複雜的受控交換操作轉化為由少量雙比特躍遷門構成的淺線路等效實現，相當於在擁堵的數據通道上方架設了「快速路」，讓數據繞過冗餘節點直達目的地，大幅削減線路深度並降低誤差。

科研人員在「本源悟空」自主超導量子計算機上實際搭建了三個獨立量子路由器和一套兩層量子路由網絡進行測試。結果顯示，單個量子路由器的信息傳輸效率高達98%，兩層路由網絡整體傳輸效率也能達到93%。在隨機訪問測試中，單個量子路由器的平均保真度達到94.8%，兩層路由網絡的平均保真度達到82.4%。數據表明，該方案能夠實現由量子地址控制的相干、可逆路由，並具備向更大規模網絡擴展的潛力。

研究人員表示，此次突破不僅為在現有超導硬件上構建可擴展QRAM提供了新路徑，更標誌着我國量子計算研發從單一性能優化邁向複雜量子功能在真實硬件上的落地驗證階段，依託量子器件本身特性可實現更低成本、更高效率的運算，為量子芯片與線路協同優化開闢了新思路。