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被認(rèn)為是計(jì)算速度超快的量子計(jì)算機(jī)，如何加速實(shí)現(xiàn)通用化？記者3月29日獲悉，浙江大學(xué)軟件學(xué)院、寧波國(guó)際科創(chuàng)中心聯(lián)合浙江大學(xué)物理學(xué)院等團(tuán)隊(duì)，在超導(dǎo)量子計(jì)算平臺(tái)上完成了量子隨機(jī)存儲(chǔ)器的全球首次真機(jī)實(shí)現(xiàn)，展示了量子隨機(jī)存儲(chǔ)器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的抗噪能力，為其規(guī)?；l(fā)展提供了重要支撐。相關(guān)成果在線發(fā)表于國(guó)際期刊《自然·物理》。

什么是量子計(jì)算？“傳統(tǒng)計(jì)算使用比特（0或1），像是一個(gè)只能走一條路的旅行者，而量子計(jì)算使用量子比特，可以同時(shí)處于0和1的概率疊加狀態(tài)，可以像分身術(shù)一樣同時(shí)探索多種可能性?！闭憬髮W(xué)軟件學(xué)院、寧波國(guó)際科創(chuàng)中心盧麗強(qiáng)研究員介紹，對(duì)于某些特定問題（如大數(shù)分解、復(fù)雜分子模擬），量子計(jì)算能實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的速度提升，解決傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)幾萬(wàn)年也算不出的難題。

量子計(jì)算雖然強(qiáng)大，但要處理海量數(shù)據(jù)，就必須解決數(shù)據(jù)搬運(yùn)的關(guān)鍵問題。量子隨機(jī)存儲(chǔ)器（QRAM）正是為量子和經(jīng)典設(shè)備之間提供數(shù)據(jù)交互的高效接口，是推動(dòng)量子計(jì)算走向應(yīng)用的關(guān)鍵基礎(chǔ)性元件。“通俗來說，QRAM可以被看作是量子計(jì)算機(jī)的‘超級(jí)圖書館管理員’?！北R麗強(qiáng)說。

盧麗強(qiáng)介紹，傳統(tǒng)的內(nèi)存像一個(gè)一次只能找一本書的管理員，如果想處理一萬(wàn)組數(shù)據(jù)，得跑一萬(wàn)趟，QRAM則是利用量子特有的“疊加”特性，能像施了分身術(shù)一樣，可以在同一時(shí)間精準(zhǔn)地指向并調(diào)取多組數(shù)據(jù)。

此前，科學(xué)家雖然提出了多種理論方案，但受限于硬件噪聲和電路復(fù)雜性，實(shí)驗(yàn)進(jìn)展一直非常有限。研究中，團(tuán)隊(duì)通過在高性能可編程超導(dǎo)量子處理器上實(shí)現(xiàn)“桶列”架構(gòu)，成功完成了從地址加載到數(shù)據(jù)檢索的全周期端到端演示。實(shí)驗(yàn)首次驗(yàn)證了該架構(gòu)的抗噪性和可擴(kuò)展性。通過對(duì)三層QRAM架構(gòu)的深入研究，團(tuán)隊(duì)從物理層面揭示了錯(cuò)誤傳播的局部性特征。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，桶列架構(gòu)能有效將錯(cuò)誤限制在特定分支內(nèi)，從而增強(qiáng)了整體的抗噪能力。這一發(fā)現(xiàn)為在現(xiàn)有的含噪聲量子設(shè)備上構(gòu)建大規(guī)模、實(shí)用的QRAM提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)和技術(shù)信心。

想要在真實(shí)量子計(jì)算機(jī)上構(gòu)建QRAM的最大挑戰(zhàn)，在于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與脆弱性。對(duì)此，該團(tuán)隊(duì)的解決方案，是“高效壓縮+精準(zhǔn)糾錯(cuò)”模式的雙管齊下。團(tuán)隊(duì)放棄了傳統(tǒng)的復(fù)雜設(shè)計(jì)，開發(fā)了一條類似專門的“高速公路”，使量子電路的深度縮減了30%以上。同時(shí)，他們開發(fā)了一種錯(cuò)誤緩解技術(shù)，利用路由器本身作為“報(bào)警器”，自動(dòng)識(shí)別并剔除受干擾的錯(cuò)誤信號(hào)，提高查詢的準(zhǔn)確率。此外，團(tuán)隊(duì)利用量子隱形傳態(tài)技術(shù)解決了芯片上比特連通性的限制，確保了數(shù)據(jù)在復(fù)雜的樹狀結(jié)構(gòu)中能夠高效、準(zhǔn)確地穿梭。

“我們?cè)诔瑢?dǎo)量子芯片上首次成功運(yùn)行了能調(diào)取4位和8位數(shù)據(jù)的QRAM原型，準(zhǔn)確率分別達(dá)到了81%和60%，相比未優(yōu)化的方案提升40%以上?！北R麗強(qiáng)表示，實(shí)驗(yàn)還首次驗(yàn)證了這種架構(gòu)具有局部抗噪的特性，證明了在現(xiàn)有不完美的量子硬件上，依然能構(gòu)建出實(shí)用且可靠的QRAM。

（受訪者供圖）