Исследователи из Origin Quantum в сотрудничестве с Университетом науки и технологий Китая (USTC) и Институтом искусственного интеллекта при Комплексном Национальном научном центре Хэфэй разработали согласованную систему квантовой маршрутизации для многоуровневой квантовой памяти с произвольным доступом (QRAM).
Система, развернутая и протестированная на собственном сверхпроводящем квантовом компьютере Origin Wukong, устраняет давнее ограничение масштабируемости в конструкции квантовой регистровой памяти. Результаты исследования были недавно опубликованы в физическом журнале Physical Review X.
В архитектурах квантовых вычислений квантовая регистровая память служит важнейшим узлом хранения и планирования данных, обеспечивая работу алгоритмов квантового поиска и квантового машинного обучения. Центральным компонентом квантовой регистровой памяти является квантовый маршрутизатор, который направляет квантовую информацию по целевым адресам памяти в соответствии с входными инструкциями.
Однако традиционные схемы квантовой маршрутизации страдают от серьезных ограничений масштабируемости. По мере расширения сети маршрутизации каждому дополнительному узлу требуется большое количество стандартных квантовых вентилей для декомпозиции инструкций маршрутизации. Это значительно увеличивает глубину схемы и приводит к накоплению операционных ошибок, что ограничивает возможности расширения квантовой оперативной памяти.
Чтобы решить эту проблему, ученые предложили архитектуру квантового маршрутизатора, использующую вспомогательные энергетические уровни в сверхпроводящих кубитах.
Исследователи экспериментально сконструировали три независимых квантовых маршрутизатора и двухуровневую квантовую сеть маршрутизации на платформе Origin Wukong для оценки производительности.
Результаты тестирования показали, что эффективность передачи информации через один квантовый маршрутизатор достигает 98%, а двухуровневая сеть маршрутизации сохраняет общую эффективность на уровне 93%. В тестах с произвольным доступом средняя точность передачи данных составила 94,8% для одного маршрутизатора и 82,4% для двухуровневой сети.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что предложенная схема обеспечивает согласованную обратимую маршрутизацию, управляемую квантовыми адресами, и демонстрирует большой потенциал для масштабирования до более крупных квантовых сетей.