Как стало известно порталу WeDoAny из Ключевой лаборатории квантовых чипов провинции Аньхой, компания Benyuan Quantum совместно с научными коллективами Университета науки и технологий Китая и Института искусственного интеллекта Комплексного национального научного центра Хэфэя успешно разработала на собственном сверхпроводящем квантовом компьютере «Бэнюань Укун» «систему когерентной квантовой маршрутизации» для блочной квантовой памяти с произвольным доступом (QRAM), что эквивалентно прокладке «скоростной магистрали» для центров обработки данных и позволяет эффективно решить отраслевую проблему расширения QRAM. Соответствующая статья недавно была опубликована в международном физическом журнале Physical Review X.

Если сравнить квантовый компьютер с «умным городом», то квантовая память с произвольным доступом (QRAM) является «центром обработки данных», который хранит и управляет данными. QRAM — это важный функциональный модуль для реализации таких алгоритмов, как квантовый поиск и квантовое машинное обучение. Его ядром является «квантовый маршрутизатор», который отвечает за точную доставку данных в целевое местоположение согласно адресным командам. Однако в традиционных схемах с ростом масштаба маршрутизационной сети каждый дополнительный узел требует разложения команд на множество стандартных квантовых вентилей, что приводит к резкому увеличению глубины схемы и накоплению ошибок, ограничивая расширение QRAM.

Для решения этой проблемы исследовательская группа предложила схему построения квантового маршрутизатора на основе вспомогательных энергетических уровней. «Система когерентной квантовой маршрутизации» использует вспомогательные энергетические уровни сверхпроводящих кубитов, преобразуя сложные операции управляемого обмена в эквивалентную реализацию с помощью мелкомасштабных схем, состоящих из небольшого количества двухкубитных переходных вентилей. Это аналогично прокладке «скоростной магистрали» над перегруженными каналами передачи данных, позволяя данным обходить избыточные узлы и достигать пункта назначения напрямую, что значительно сокращает глубину схемы и снижает уровень ошибок. На собственном сверхпроводящем квантовом компьютере «Бэнюань Укун» исследователи фактически создали три независимых квантовых маршрутизатора и двухуровневую квантовую маршрутизационную сеть для проведения испытаний. Результаты показали, что эффективность передачи информации одного квантового маршрутизатора достигает 98%, а общая эффективность передачи двухуровневой маршрутизационной сети достигает 93%. В тестах с произвольным доступом средняя точность одного квантового маршрутизатора достигла 94,8%, а средняя точность двухуровневой маршрутизационной сети — 82,4%. Данные свидетельствуют о том, что данная схема способна реализовать когерентную, обратимую маршрутизацию, управляемую квантовыми адресами, и обладает потенциалом для расширения до сетей большего масштаба.

Исследователи отметили, что этот прорыв не только открывает новый путь для построения масштабируемой QRAM на существующем сверхпроводящем оборудовании, но и знаменует переход разработок в области квантовых вычислений в Китае от оптимизации отдельных характеристик к этапу проверки реализации сложных квантовых функций на реальном оборудовании. Опираясь на собственные характеристики квантовых устройств, можно достичь вычислений с более низкой стоимостью и более высокой эффективностью, что открывает новые подходы к совместной оптимизации квантовых чипов и схем.