科技日报记者 夏凡 通讯员 向德彬
被认为是计算速度超快的量子计算机，如何加速实现通用化？记者3月29日获悉，浙江大学软件学院、宁波国际科创中心联合浙江大学物理学院等团队，在超导量子计算平台上完成了量子随机存储器的全球首次真机实现，展示了量子随机存储器在实际运行时的抗噪能力，为其规模化发展提供了重要支撑。相关成果在线发表于国际期刊《自然·物理》。
什么是量子计算？“传统计算使用比特（0或1），像是一个只能走一条路的旅行者，而量子计算使用量子比特，可以同时处于0和1的概率叠加状态，可以像分身术一样同时探索多种可能性。”浙江大学软件学院、宁波国际科创中心卢丽强研究员介绍，对于某些特定问题（如大数分解、复杂分子模拟），量子计算能实现指数级的速度提升，解决传统超级计算机几万年也算不出的难题。
量子计算虽然强大，但要处理海量数据，就必须解决数据搬运的关键问题。量子随机存储器（QRAM）正是为量子和经典设备之间提供数据交互的高效接口，是推动量子计算走向应用的关键基础性元件。“通俗来说，QRAM可以被看作是量子计算机的‘超级图书馆管理员’。”卢丽强说。
卢丽强介绍，传统的内存像一个一次只能找一本书的管理员，如果想处理一万组数据，得跑一万趟，QRAM则是利用量子特有的“叠加”特性，能像施了分身术一样，可以在同一时间精准地指向并调取多组数据。
此前，科学家虽然提出了多种理论方案，但受限于硬件噪声和电路复杂性，实验进展一直非常有限。研究中，团队通过在高性能可编程超导量子处理器上实现“桶列”架构，成功完成了从地址加载到数据检索的全周期端到端演示。实验首次验证了该架构的抗噪性和可扩展性。通过对三层QRAM架构的深入研究，团队从物理层面揭示了错误传播的局部性特征。实验数据表明，桶列架构能有效将错误限制在特定分支内，从而增强了整体的抗噪能力。这一发现为在现有的含噪声量子设备上构建大规模、实用的QRAM提供了实验证据和技术信心。
想要在真实量子计算机上构建QRAM的最大挑战，在于其结构的复杂性与脆弱性。对此，该团队的解决方案，是“高效压缩+精准纠错”模式的双管齐下。团队放弃了传统的复杂设计，开发了一条类似专门的“高速公路”，使量子电路的深度缩减了30%以上。同时，他们开发了一种错误缓解技术，利用路由器本身作为“报警器”，自动识别并剔除受干扰的错误信号，提高查询的准确率。此外，团队利用量子隐形传态技术解决了芯片上比特连通性的限制，确保了数据在复杂的树状结构中能够高效、准确地穿梭。
“我们在超导量子芯片上首次成功运行了能调取4位和8位数据的QRAM原型，准确率分别达到了81%和60%，相比未优化的方案提升40%以上。”卢丽强表示，实验还首次验证了这种架构具有局部抗噪的特性，证明了在现有不完美的量子硬件上，依然能构建出实用且可靠的QRAM。
（受访者供图）
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