芝加哥大学研究人员开发基于传输子可控式声子路由器的量子随机存取存储器
发布时间：2025-06-13 14:48:00 阅读数： 439
上图：斗式支链 QRAM 架构示意图，以及由Transmon量子比特控制的单节点声子路由操作。下图 声子路由器装置的设计示意图。
近期的技术进步为开发尖端量子设备（包括量子随机存取存储器（QRAM）系统）带来了新的令人兴奋的可能性。这是一种专门集成在量子计算机内部的存储器架构，可以利用一种被称为相干叠加的量子效应，同时从多个“位置 ”检索数据。
叠加的本质是使不同的存储状态同时存在，并以可预测的方式相互干扰。QRAM 设备有助于更有效地存储大量不同类型的数据，提高量子计算机处理某些复杂问题的速度和效率。
芝加哥大学的研究人员在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表的一篇论文中介绍了一种新型 QRAM 架构，该架构依赖于Transmon控制的声子路由器。
Transmon是一种超导量子比特（即量子位），已知对某些类型的噪声具有鲁棒性。这些比特用于控制表面声波声子，即沿着材料表面传播的振动或声音粒子，将它们引导到所需的位置。
“‘Transmon控制声子路由器'这一概念的灵感来自声子马赫-曾德尔干涉仪的最新实验进展，”论文第一作者王兆友（Zhaoyou Wang ）和乔宏（Hong Qiao）说到。
“我们发现，将一个Transmon控制的声子相位门集成到干涉仪中，可以根据Transmon的量子态对单个声子进行路由。这种路由器的一个自然应用是量子随机存取存储器（QRAM），通过在树状结构中连接许多路由器来实现。
王、乔和他们的同事推出的 QRAM 架构是首批同时利用声子传播模式和量子比特传输模式的架构之一。研究人员发现，他们的独特设计使存储器更加紧凑，同时还支持快速路由操作和防止频率拥挤（即频率相似的信号之间的干扰）。
该团队的架构还有一个优点，即它采用了树状结构，从而降低了实现该架构所需的硬件复杂性。为了进一步检测可能对设备性能产生不利影响的主要损耗错误，研究人员还使用了一种称为混合双轨编码的技术。
王和乔解释说：“我们的研究表明，声子路由器具有独特的优势，例如结构紧凑、路由速度快，因此非常适合QRAM，而混合双轨编码无需额外硬件即可实现高效的错误检测?！?/span>
“我们的工作为QRAM的近期实验实现铺平了道路，并展示了基于声子的QRAM架构的潜力?！?/span>
王、乔和他们的同事最近的这项研究为实现量子存储器系统引入了一种新的有前途的可扩展方法，它可以为开发更紧凑、性能更高的QRAM器件提供参考信息。
未来，这些器件可以集成到量子计算机中，从而有可能提高它们在需要分析大量数据的特定优化和计算任务中的性能。
“作为下一步研究的一部分，我们计划在实验中演示跨子控制声子路由器，并解决像去相干噪声这样的实际挑战，”王和乔补充说。
“我们还计划在 QRAM 架构中探索除简单错误检测之外的硬件高效量子纠错方案?！?/span>
