關注全球時事|洞察國際風雲
2025-03-18 17:24 星期二

给量子计算机装上“高速内存”

时间:2026-05-25 16:11 来源:快讯社

树状的量子随机存储器架构。受访者供图

  传统计算使用比特作为信息单位,每个比特只能是0或1,就像一位只能沿单一路径前行的旅人;而量子计算使用量子比特,它利用量子叠加特性,可以同时处于0和1的概率组合态,像是一位能同时分身千万、并行探索的超级探险家。

  然而,这位“探险家”却面临一个尴尬的瓶颈:它虽能飞速奔走,但获取数据时却只能像普通人一样一页页地翻书。如果没有高效的数据接口,量子计算机就会像空有超强体能、却只能逐页查阅纸质地图的探险家,再快的计算速度也会被缓慢的数据搬运拖后腿。

  如何为量子计算机打造“高速内存”是全球量子计算领域的一块“硬骨头”。量子随机存储器(QRAM)是为量子计算机和经典设备之间提供数据交互的高效接口,其利用量子叠加特性,可以在同一时间精准地指向并调取多组数据,是推动量子计算走向应用落地的关键基础性元件。近日,国际期刊《自然·物理》发表了一项来自中国科学家的突破:浙江大学软件学院和宁波国际科创中心联合浙江大学物理学院,在超导量子计算平台上完成了QRAM的全球首次真机实现,展示了QRAM在实际运行时的抗噪能力,为QRAM的规模化发展提供了重要支撑。

  理论推导走向现实落地

  QRAM的理论架构虽然在2008年已提出,但实验进展一直非常有限,很难完整地跑通整个流程并保持数据查询的准确性。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。在真实的量子芯片上,由于电路太长、累积错误太多,还没等数据读出来,量子态就已经失效了。

  研究团队对这一难题的攻关始于2022年。“我们花了大量时间在试错上。”论文共同第一作者、浙江大学未来计算创新中心博士研究生向德彬说。2022年,团队发现,尽管量子计算在搜索和因子分解上具有指数级加速潜力,但由于缺乏高效的大带宽数据入口,量子处理器在处理大规模经典数据时,输入/输出耗时远超计算耗时,形成了量子数据读写瓶颈。QRAM正是理论答案,但它已经“躺”在论文里十几年了,没人能在真实芯片上跑通。

  “最难的不是理论推导,而是如何让理想的树状结构在现实的二维网格芯片上跑起来。”向德彬说。

  “最终,团队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,这意味着QRAM能够同时处理多个数据入口。实验测得的准确率分别达到81%和60%,相比未优化的方案提升40%以上。”浙江大学软件学院和宁波国际科创中心研究员卢丽强说。更重要的是,实验还首次验证了这种架构具有局部抗噪的特性,证明了在现有的、还不完美的量子硬件上,依然能构建出实用且可靠的QRAM,这给了团队极大信心。

  三大创新实现关键突破

  研究团队是如何实现突破的?

  一是打造量子“高速公路”。传统的QRAM路由方案在逻辑门分解时会产生冗长的操作序列,导致电路深度过大,数据还没读出来,量子态就因为错误累计失效了。团队通过对路由架构的高效重构,优化了路由器节点的切换逻辑。这相当于将原来弯弯绕绕的“乡间小路”取直,改造成了直线跨越的“高速公路”,使量子电路深度缩减了30%以上。

  二是实现“报警器”精准纠错。在QRAM的树状查询过程中,任何一个节点的扰动都会导致最终输出结果的偏离,且这种错误往往难以回溯。团队巧妙地将负责路由的量子比特同时作为原位的监视器,如果路由过程中发生了能级跃迁或逻辑错误,路由器会产生特定信号,这就像触发“报警器”。通过这种自动识别并剔除的机制,系统可以过滤掉那些带有错误印记的无效查询,从而将4位和8位数据的查询准确率分别提高到81%和60%。

  三是建立量子隐形传态“隧道”。QRAM是典型的树状结构,随着层级增加,位于“树根”的比特需要与“树梢”上相距甚远的比特进行交互。在物理芯片上,这通常需要大量的交换门来搬运信息,这会引入巨大的额外噪声。团队利用量子隐形传态技术,在相隔较远的量子比特之间建立了常数深度的“逻辑隧道”。这解决了芯片物理布线对复杂算法结构的限制问题,让树状的QRAM架构能完美地“平铺”在二维超导芯片上,确保了数据传输的高效与准确。

  “我们在自主研制的高性能超导量子芯片上完成了全部实验验证。”卢丽强说。

  “由于QRAM能否以可扩展的方式实现一直存在争议,因此这项实验标志着一个重要里程碑。”《自然·物理》审稿人评价。

  高效读取海量数据成为可能

  QRAM的成功实现,不仅是一项实验室里的“世界首次”,更是一把打开量子计算应用大门的钥匙。

  “当前量子算法在理论上很美,但真正要在量子计算机上跑起来,往往需要高效读取海量经典数据。例如,药物分子模拟需要读取蛋白质数据库,金融风险分析需要读取历史行情数据。没有QRAM,这些应用都只能是纸上谈兵。”卢丽强说。

  具体而言,在药物分子模拟应用上,QRAM能够快速从拥有数亿个条目的化学数据库中,以叠加态形式提取分子的拓扑特征,极大地缩短新药研发周期。在金融风控上,在处理海量历史交易记录时,QRAM有望让量子算法同时“看到”所有数据特征,实现对欺诈行为的秒级精准预测。在人工智能上,QRAM能够为量子神经网络提供高速的“数据喂养”,让量子AI在处理图像识别、语言模型等大数据任务时,真正释放出超越经典计算的算力。

  “QRAM的突破让我们更加坚信,通用量子计算机不是遥不可及的梦想。”论文通讯作者、浙江大学软件学院院长尹建伟说,“我们点亮了一盏灯,接下来的路,会越走越亮。”(记者 夏 凡)


外交部:将本着科学原则研究日方关于恢复水产品输华请求
外交部:坚决反对美国向中国台湾地区出售武器
测试视频
综合看点 查看更多>>
美军称对伊朗发动新一轮军事打击
美法庭宣布定于明年6月开审马杜罗案
沙要治,日子要好——国际代表看中国治沙兴牧实践
中阿友好杰出贡献者系列访谈
党争加剧 美国国防授权法案在参院受阻
纵横天下 查看更多>>
美施压沙特签“亚伯拉罕协议” 否则核协议“作废”
美国威胁轰炸伊朗民用设施 伊朗说将以牙还牙
烟霾跨境蔓延 美加龃龉再添一把火
美军连续6晚打击伊朗 白宫称谈判仍在继续
以黎罗马谈判就黎南部“试点区域”安排取得进展
泽连斯基:乌方将与雷神联合生产“爱国者”导弹
沙特阿联酋高层罕见同框力证关系修复
美国调整对欧“援助”重点 欲推MAGA议程?
美式“勒索”加剧海湾国家对美信任赤字
性侵案败诉 特朗普赔付女作家逾560万美元
美国同沙特达成民用核协议
德防长支持车企造武器 “转向”前景受质疑
第48届世界遗产大会在韩国釜山开幕
战火重燃,美伊谅解备忘录失效了吗?
欧盟和英国签署协议取消直布罗陀与西班牙陆路边检
中共中央 国务院印发《关于加强新时代社会工作的意见》
这个突击队里,每个人都叫“罗阳”
习近平会见哈萨克斯坦总统托卡耶夫
我国科学家在太阳能电池研究领域取得新突破
福建福清:水库预排 干部下沉 全力防御“巴威”来袭
从一组“一号”看懂中国硬核创新力
王毅会见英国外交大臣米利班德
七部门发文在未成年人司法保护中充分发挥银发力量
上半年我国GDP同比增长4.7%
“十五五”开局之年推进算力网建设观察
广深港高铁香港段上半年客量突破1600万人次创新高
澳门举办活动促中国与葡语国家文化交流
香港特区立法会全体议员赴京开展国家事务研修考察
香港科学园举办国家航天事业成就专题展览
《新时代治国理政纪实》第一卷中文繁体版在香港首发
委内瑞拉地震死亡人数升至3342人
杭台高铁温玉段开始试运行
风沙渐远 生机绵长——“三北”工程攻坚一线观察
三江源:护万里清流 守中华水塔
落实《新城市议程》 中国推动城市可持续发展实践成果发布
最高检印发《人民检察事业发展“十五五”规划》
法治中国建设成果丰硕 为经济社会高质量发展保驾护航
第四届发展中国家与国际法论坛在京举行
最高法发布4件依法惩治渎职犯罪典型案例
国务院举行宪法宣誓仪式 李强总理监誓
昔日盐碱地蝶变万亩良田
“黑土粮仓”开启农田“空中护航”
山东:“农家书屋+”赋能乡村振兴
广西南宁:黄皮果喜丰收
宁夏永宁:夏风拂沃野 麦熟遍地金
“超慢跑”火了,不累还能“暴击”内脏脂肪!还没试过就亏大了
国家卫生健康委关于修改和废止部分部门规章的决定(附解读)
发现甲状腺结节该怎么办?中医教您整体调理,改善结节状况
从中年“一身病”到74岁无“三高”,他坚持了这3件事!
国家卫生健康委就介绍“食品安全与营养健康 ”有关情况举行新闻发布会(文字实录)
前沿科技 查看更多>>
我国成功发射天仪48星等5颗卫星
我国研发出具有“电子共振”结构的钙钛矿光伏电池
中国可回收火箭开辟竞争新赛道
WAIC:智能体站上C位 产业链布局提速
让人工智能成为造福全人类的国际公共产品——中国为推进人工智能全球治理和国际合作贡献智慧力量
健康生活 查看更多>>
中国气象智能方案“妈祖”赋能全球防灾减灾
造卫星的他们为啥怵镜头?
智能交通要技术突破更需场景落地
迎峰度夏迎来“AI调度员” “AI+能源”加速落地应用
新型封装技术大幅提升量子点LED寿命
实用技术 查看更多>>
北京人形机器人创新中心:“硬核创新”构筑产业进阶之路
工业互联网释放乘数效应
AI迈入智能体时代 安全能力建设提速
制造业是人工智能应用主战场
国产工业母机应用生态持续改善
科普博览 查看更多>>
新一代通信网不仅是网络简单升级
人类可能首次观测到系外卫星
世界人工智能大会勾勒三大发展主线
工业和信息化部将多措并举促进中小企业数智化转型
从前沿技术推进到回收体系完善 动力电池迎來全链条升级窗口期
逾70件国博文创精品亮相台北老街
第40届约旦杰拉什文化艺术节开幕
非遗“守”艺人:把千年畲歌唱给世界听
四川汉代画像艺术展在柏林开幕
中国美术馆实施暑期夜场开放
乡村小学诗歌课:“哎”字也是一首诗
推进基础教育扩优提质
以“本土经验”应对世界级难题
第五轮高校毕业生“三支一扶”计划启动实施
职业教育专业“上新”,2027年开始招生!
中国羽毛球公开赛:陈雨菲逆转辛杜晋级八强
体育强国建设“十五五”规划发布 设定五项主要指标
世界杯决赛前夕,藏北牧区上演“高原世界杯”
世界杯|冠军球队将首次获颁“冠军戒指”
郑钦文晋级WTA250雅典站八强
从“快旅”到“慢游”,铁旅融合激活消费新动能
“神州北极”漠河避暑游火热
安阳方特殷商神画欢乐启航
铁路暑运预计发送旅客10.1亿人次 家庭出游,计次票怎样买更划算
中国东方航空开通上海至第比利斯直飞航线