本源量子研发QRAM相干量子路由系统 已在“本源悟空”验证

据《科技日报》报道，本源量子（Origin Quantum）联合中国科学技术大学（USTC）以及合肥综合性国家科学中心人工智能研究院，研发出一种面向桶链式（bucket-brigade）量子随机存取存储器（Quantum Random Access Memory, QRAM）的相干量子路由系统。

该系统已在国产超导量子计算机“本源悟空”（Origin Wukong）上部署并完成验证，针对 QRAM 设计中长期存在的可扩展性瓶颈提出了解决方案。相关研究成果已发表于物理学期刊《Physical Review X》。

在量子计算架构中，QRAM 是重要的数据存储与调度枢纽，可支撑量子搜索和量子机器学习等算法。QRAM 的核心部件之一是量子路由器，它根据输入指令将量子信息导向目标存储地址。

然而，传统量子路由方案面临严重的可扩展性限制。随着路由网络扩大，每增加一个节点，都需要大量标准量子门来分解路由指令。这会显著增加电路深度并累积操作误差，从而制约 QRAM 的扩展。

为应对这一挑战，研究团队提出了一种利用超导量子比特辅助能级的量子路由器架构。

“相干量子路由系统”利用这些辅助能级，将复杂的 controlled-SWAP（受控交换）操作转换为由极少量两量子比特跃迁门组成的浅深度等效电路。通过绕开冗余节点，该方法显著降低电路深度并减少错误率。

研究人员在“本源悟空”上实验构建了三个独立量子路由器和一个两层量子路由网络，以评估性能。

测试结果显示，单个量子路由器的信息传输效率最高达到 98%，两层路由网络的整体效率保持在 93%。在随机存取基准测试中，单路由器的平均保真度为 94.8%，两层网络为 82.4%。

实验数据表明，该方案实现了由量子地址控制的相干、可逆路由，展现出扩展至更大规模量子网络的强劲潜力。