中国本源悟空量子计算机实现高效QRAM量子路由传输方案

在合肥一台72比特的超导量子计算机上，本源量子、中国科学技术大学和合肥综合性国家科学中心的研究团队完成了一项量子计算界多年未竟的实验：在真实超导处理器上实现可工作的量子路由器，使量子信息能够按照叠加态地址在桶式量子随机存取存储器中高效传递，而不产生指数级膨胀的线路深度。论文于2026年8月25日发表在《物理评论X》（Physical Review X）。

量子随机存取存储器为何重要

经典内存一次只读取一个地址。量子随机存取存储器（QRAM）则不同——它能以叠加态地址同时访问多个数据位置，这是Grover搜索、Shor算法和量子机器学习等众多量子算法实现理论加速的前提。没有QRAM，这些算法在实际运行中将丧失速度优势。

2008年，Giovannetti、Lloyd和Maccone提出了桶式架构：量子路由器排列成二叉树，查询时数据像消防接力传水桶一样从树根层层传递到目标节点。该架构的操作数量仅与树深成对数关系，且天然具有抗噪特性——只有查询路径上的节点出错才会影响结果。但路由器本身的构建一直是瓶颈：传统门分解方案下，随着树规模增大，线路深度急剧膨胀，误差逐层积累，QRAM始终难以扩展。

辅助能级的关键创新

研究团队提出了跃迁复合门（TCG）方案，核心是利用超导量子比特的高阶能级。传统超导量子计算只使用最低两个能级作为计算基，本研究将更高的辅助能级开辟为信息周转的临时通道。通过微波脉冲精确调控，让信息跃迁至辅助能级完成定向路由，再返回基础能级。

这一方案带来两个结构性优势。其一，复杂的受控交换操作不再需要几十道传统逻辑门层层拆解，少量双比特跃迁门即可实现，线路深度大幅缩减，误差积累随之降低。其二，路由地址编码在非相邻的三能级态上，控制偏差会自动产生可检测的标记，通过后选择机制过滤错误，无需额外辅助纠错量子比特。

实验数据

研究团队在第三代本源悟空72比特超导量子计算机上搭建了三个独立量子路由器和一套两层量子路由网络。论文报告的主要指标包括：单个量子路由器信息传输效率达98%，两层网络整体传输效率达93%。在更严格的随机访问保真度指标上，单路由器平均保真度为94.8%，最高达95.74%；两层网络平均保真度为82.40%。

传输效率与保真度衡量的是不同维度：前者回答信息是否到达正确端口，后者回答到达的量子态与理想态的吻合程度。两者都需要足够高，QRAM才能在真实算法中发挥作用。

与浙江大学工作的互补关系

几乎同期，浙江大学的另一团队在《自然·物理学》（Nature Physics，第22卷，745–750页，2026年）发表了相关成果，实现了可寻址4比特和8比特的完整桶式QRAM原型，验证了该架构的天然抗噪特性，路由操作保真度为94.5%，4比特查询保真度80.9%，8比特60.4%。

两项工作互补而非竞争。本源悟空的工作聚焦于路由器本身的高效构建和级联可扩展性，引入辅助能级TCG方案；浙大工作则完成端到端QRAM原型的完整演示和抗噪原理验证。两者共同显示，中国在QRAM这一长期由理论主导的领域已形成多点突破。

从比特数到系统功能

本源量子由中国科学院院士郭光灿和郭国平教授于2017年联合创立，是中国第一家量子计算公司，走全栈路线：自主研制量子芯片、测控系统、操作系统和云服务平台。第三代本源悟空于2024年1月上线运行，搭载72个计算量子比特；第四代本源悟空-180于2026年5月上线，扩展至180比特。截至2026年6月，该平台已为163个国家和地区完成超100万个量子计算任务。

QRAM成果反映出一个有意识的转向：不再单纯追逐比特数这一占据头条的指标，而是攻克量子计算机运行真实算法所需的系统级功能组件。量子纠错、互联、编译工具链等同样属于此类基础设施。量子计算机的实用价值取决于这些支撑系统的质量，而非仅靠裸比特数量。

尚不代表什么

实验真实但有限度。三个路由器和两层网络验证了概念和可扩展方向，但实用级QRAM需要更多层——在更大深度上，串扰、低温稳定性和控制标定将愈发棘手。所有性能数据来自研究团队自行测量，尚未经第三方独立复现。98%传输效率是特定实验条件下的最优结果，不代表通用性能保证。郭国平曾表示，未来三到五年内量子计算机可作为加速器与传统计算机协同工作、降低计算时间和成本。量子路由器是迈向这一愿景的一步，但从两层网络到能加速真实任务的系统之间，仍有相当距离。