超导量子计算机“本源悟空”破解量子随机存储器扩展难题

记者2日从安徽省量子计算芯片重点实验室获悉，本源量子联合中国科学技术大学、合肥综合性国家科学中心人工智能研究院等科研团队，在“本源悟空”自主超导量子计算机上成功研发出面向桶式量子随机存储器（QRAM）的“相干量子路由系统”，相当于为数据中心架设了“快速路”，有效解决了QRAM扩展的行业难题。相关论文日前发表于国际物理期刊《物理评论X》。

如果把量子计算机比作“智慧城市”，那么量子随机存取存储器（QRAM）就是其中存储和调度数据的“数据中心”。QRAM是实现量子搜索、量子机器学习等算法的重要功能模块，其核心是“量子路由器”——它负责根据地址指令将数据准确送达目标位置。但传统方案随路由网络规模增大，每增加一个节点就需大量标准量子门层层分解指令，导致线路深度剧增、误差累积，限制了QRAM的扩展。

针对这一难点，研究团队提出了一种基于辅助能级的量子路由器构建方案。“相干量子路由系统”利用超导量子比特的辅助能级，将复杂的受控交换操作转化为由少量双比特跃迁门构成的浅线路等效实现，相当于在拥堵的数据通道上方架设了“快速路”，让数据绕过冗余节点直达目的地，大幅削减线路深度并降低误差。科研人员在“本源悟空”自主超导量子计算机上实际搭建了三个独立量子路由器和一套两层量子路由网络进行测试。结果显示，单个量子路由器的信息传输效率高达98%，两层路由网络整体传输效率也能达到93%。在随机访问测试中，单个量子路由器的平均保真度达到94.8%，两层路由网络的平均保真度达到82.4%。数据表明，该方案能够实现由量子地址控制的相干、可逆路由，并具备向更大规模网络扩展的潜力。

研究人员表示，此次突破不仅为在现有超导硬件上构建可扩展QRAM提供了新路径，更标志着我国量子计算研发从单一性能优化迈向复杂量子功能在真实硬件上的落地验证阶段，依托量子器件本身特性可实现更低成本、更高效率的运算，为量子芯片与线路协同优化开辟了新思路。

（安徽省量子计算芯片重点实验室供图）

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