Wie die Dimension Network (维度网) vom Schlüssellabor für Quantenchips der Provinz Anhui erfuhr, hat Origin Quantum zusammen mit Forschungsteams der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas und des Instituts für Künstliche Intelligenz des Nationalen Synthetischen Wissenschaftszentrums Hefei auf dem eigenentwickelten supraleitenden Quantencomputer „Origin Wukong" erfolgreich ein „kohärentes Quanten-Routing-System" für barrel-artige Quanten-Random-Access-Speicher (QRAM) entwickelt. Dies entspricht dem Bau einer „Schnellstraße" für Rechenzentren und löst effektiv das Branchenproblem der QRAM-Erweiterung. Die entsprechende Arbeit wurde kürzlich in der internationalen Physikzeitschrift Physical Review X veröffentlicht.
Wenn man einen Quantencomputer mit einer „intelligenten Stadt" vergleicht, dann ist der Quanten-Random-Access-Speicher (QRAM) das „Rechenzentrum", das darin Daten speichert und verwaltet. Der QRAM ist eine wichtige Funktionskomponente zur Realisierung von Algorithmen wie Quantensuche und Quantenmaschinellem Lernen. Sein Kernstück ist der „Quanten-Router", der dafür verantwortlich ist, Daten gemäß Adressbefehlen präzise an den Zielort zu liefern. Bei herkömmlichen Ansätzen jedoch, mit zunehmender Größe des Routing-Netzwerks, erfordert jeder zusätzliche Knoten eine Vielzahl von Standard-Quantengattern zur schichtweisen Dekomposition von Befehlen, was zu einer drastischen Zunahme der Schaltungstiefe und einer Akkumulation von Fehlern führt und die Erweiterung des QRAM einschränkt.
Um diese Herausforderung zu bewältigen, schlug das Forschungsteam ein Konzept für Quanten-Router vor, das auf Hilfsenergieniveaus basiert. Das „kohärente Quanten-Routing-System" nutzt die Hilfsenergieniveaus supraleitender Qubits, um komplexe kontrollierte Austauschoperationen in eine flache Schaltungsäquivalenz umzuwandeln, die aus wenigen Zwei-Qubit-Übergangsgattern besteht. Dies entspricht dem Bau einer „Schnellstraße" über den überlasteten Datenkanälen, sodass Daten redundante Knoten umgehen und direkt ihr Ziel erreichen können, wodurch die Schaltungstiefe erheblich reduziert und Fehler verringert werden. Die Wissenschaftler bauten auf dem eigenentwickelten supraleitenden Quantencomputer „Origin Wukong" tatsächlich drei unabhängige Quanten-Router und ein zweischichtiges Quanten-Routing-Netzwerk für Tests auf. Die Ergebnisse zeigen, dass die Informationsübertragungseffizienz eines einzelnen Quanten-Routers bis zu 98 % beträgt und die Gesamtübertragungseffizienz des zweischichtigen Routing-Netzwerks 93 % erreicht. Bei Zufallszugriffstests erreichte die durchschnittliche Fidelity eines einzelnen Quanten-Routers 94,8 %, und die durchschnittliche Fidelity des zweischichtigen Routing-Netzwerks erreichte 82,4 %. Die Daten belegen, dass dieses Schema eine kohärente, reversible Adressierung durch Quantenadressen ermöglicht und das Potenzial zur Erweiterung auf größere Netzwerke besitzt.
Die Forscher erklärten, dass dieser Durchbruch nicht nur einen neuen Weg zur Konstruktion skalierbarer QRAM auf bestehender supraleitender Hardware bietet, sondern auch einen Meilenstein markiert: Die chinesische Forschung und Entwicklung im Bereich Quantencomputing bewegt sich von der Optimierung einzelner Leistungsmerkmale hin zur Phase der Verifikation komplexer Quantenfunktionen auf realer Hardware. Durch die Nutzung der inhärenten Eigenschaften von Quantenbauelementen können Berechnungen mit geringeren Kosten und höherer Effizienz durchgeführt werden, was neue Denkansätze für die koordinierte Optimierung von Quantenchips und Schaltungen eröffnet.