量子计算机也有内存了！中国造出桶链高速读取器

【金色港湾资讯网为您推荐阅读】

具备能将传统超算需耗时几万年方可完成的计算任务，在短短几分钟内就予以达成能力的量子计算机，其在读取数据时的速度却落后于计算速度，而这样一种矛盾长时间对量子计算的发展形成制约。近日，有来自浙江大学物理学院的研究团队，还有来自浙江大学杭州国际科创中心的研究团队，以及其合作者，一同在《自然·物理》上发表了突破性的一项发现，此发现是首次在超导量子芯片之上成功实现了“桶链”量子随机存取存储器的原型，从而给量子计算机配备上了有着真正意义层面的第一台高速内存。

量子计算机为何需要专属内存

于传统手机以及笔记本电脑里头，内存的工作原理着实相当简单：用户输入一个地址，它便返回该地址所存储的数据。这般工作模式对于日常使用而言已然足够，然而面对量子计算机的并行计算能力，传统内存显得力不从心。

利用量子叠加态同时处理海量信息，这才是量子计算机的最大优势，这表明它所需的并非一次读一个数据，而是要同时读取处于叠加态里的无数个地址所对应的数据，这情形如同前往图书馆找书，普通内存是“报一个书名找一本”行径，而量子内存却得同时把所有书都找出来。

普通内存无法满足量子计算需求

不能满足量子计算机并行读取需求的是普通内存，量子随机存取存储器为此而产生。被视作连接量子计算机与经典数据世界、促使量子计算迈向应用的核心基础元件是QRAM。

QRAM的理论构想被提出已经过去十余年了，然而它的实验实现是极其困难的，其主流架构“桶链”QRAM在原理方面异常优雅，它是由排列成二叉树形状的量子路由器所构成的，在进行查询的时候，一个量子水桶是从树根这里开始依据地址信息在每个路由器节点被精准传递的。

中国方案搭建量子地址树

该架构存在着两个精妙的地方，其一为操作极简，查询一个数据时所需开展的操作数量仅仅与树的深度呈现出成正比的关系，其二是天生具备抗噪能力，从理论层面来讲，只有查询路径上的节点出现错误才会对结果造成影响。然而，要实现这种量子路由器就需要对一个四体相互作用的量子门进行极其精密的控制，而这是在实验上被公认为难题的事情。

研究团队有一项关键突破，那就是把复杂的四体相互作用精妙地分解成一系列更基础的两比特量子门组合，这使得实现一个量子路由器所需的线路深度比传统方案减少了约30%。依靠自主设计的高性能超导量子芯片，团队最后达成了保真度高达94.5%的量子路由操作。

实验验证桶链架构抗噪能力

成功搭建起可寻址4个经典比特的QRAM原型的团队，其查询保真度达到80.9% 的同时，成功搭建起可寻址8个经典比特的QRAM原型的团队，其查询保真度达到60.4%。相关超导量子芯片是由科创中心量子计算创新工坊技术开发专家李贺康制备的，该芯片单比特门保真度高达99.96%。

更为关键的贡献之处在于，这个团队是首次借助实验去验证桶链QRAM架构在原理层面具备抗噪能力的。他们于QRAM那些不同的分支之上，人为地给引入了噪声。结果发现，当噪声出现于远离查询路径的分支的时候，对于最终的结果所产生的影响微小到了几乎可以忽略不计的程度。

量子内存革命即将开启

研究团队另外发现，伴随树深度加大，各分支之间的量子关联渐渐变弱。此从物理根源方面解释了桶链QRAM能够天然抗噪的缘由——信息于树中传递之际，唯有主干道上的坑洼会对通行产生影响，远处的噪音被隔离起来了。

这一发现有着这样的意味，那就是在未来，当QRAM规模扩展到能够对百万、十亿级别数据进行寻址时，它的查询保真度不会因为系统规模变大而大幅恶化，这就使得构建实用化、大规模的QRAM成为了一种可能，进而能够制造出可解决量子计算机数据饥荒问题的理想架构并且让其稳定运行。

中国科研站在这场革命最前沿

QRAM真正成熟并集成进量子计算机之际，会催生出真正有用的量子算法，使量子计算机用以处理药物研发、新材料设计、金融风险分析等实际问题。它甚至会成为量子安全查询等协议的关键所在，达成信息安全的最终形态。

中国科研人员正处在这场内存革命的最前沿阵地，先是理解一个原理，而后点亮一个时代。有一项研究成果，于2026年初发表在了《自然·物理》上，它为量子计算机从实验室迈向实际应用扫除了关键阻碍，还使中国在量子计算核心硬件领域占据了领先位置。

难道你会觉得量子内存的突破会比量子处理器本身更迅速地促使量子计算迈向实用化阶段吗？请在评论区踊跃分享你的看法，点赞并且转发，从而让更多的人能够看到中国科研的这一意义重大的发展成果。