Origin Wukong trình diễn định tuyến QRAM lượng tử mạch lạc trên chip thực

Kết quả được báo cáo là một nguyên mẫu định tuyến QRAM mạch lạc kiểu bucket-brigade trên Origin Wukong — máy tính lượng tử siêu dẫn thế hệ thứ ba của Origin Quantum. Nói ngắn gọn, nhóm nghiên cứu đã cho thông tin lượng tử đi qua chip thật theo địa chỉ lượng tử, thay vì chỉ mô phỏng hoặc kiểm tra một linh kiện đơn lẻ. Đây chưa phải một bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên lượng tử (QRAM) hoàn chỉnh, sẵn sàng đưa vào sản phẩm thương mại. 147

Họ đã trình diễn những gì?

• Một router lượng tử đơn đạt hiệu suất truyền thông tin tối đa khoảng 98%. Các thông tin xung quanh nghiên cứu nêu độ trung thực trung bình của router đơn khoảng 94,8%; trong khi phần tóm tắt bản tiền công bố có thể truy cập ghi độ trung thực tối đa của một router riêng lẻ là 95,74%. Đây là các chỉ số khác nhau, không nên gộp chúng thành một. 41

• Ba router được triển khai độc lập đã được kết nối thành một mạng định tuyến hai tầng. Trong thử nghiệm truy cập ngẫu nhiên, mạng này đạt hiệu suất truyền thông tin khoảng 93% và độ trung thực định tuyến trung bình 82,4%. 71

• Hệ thống theo kiến trúc QRAM bucket-brigade: các router được tổ chức như một cây nhị phân, trong đó địa chỉ sẽ quyết định đường đi của dữ liệu. Cách làm này khác với việc phải kích hoạt tường minh mọi tuyến truy cập trong bộ nhớ. 12

Cơ chế định tuyến hoạt động ra sao?

Router sử dụng phương án gọi là cổng ghép hợp chuyển tiếp (transition-composite-gate). Các mức năng lượng cao hơn, mang tính phụ trợ của phần tử siêu dẫn được tận dụng tạm thời để tạo tương tác có điều kiện; việc điều khiển được thực hiện bằng các xung vi ba. Mục tiêu là giảm độ sâu mạch so với cách phân rã cùng chức năng thành nhiều cổng lượng tử số thông thường. 1

Thông tin địa chỉ được mã hóa trong hai trạng thái không kề nhau của một qutrit — hệ ba mức — là (|0⟩) và (|2⟩). Lựa chọn này hỗ trợ cơ chế “phát hiện xóa” (eraser detection): bằng hậu chọn, thí nghiệm có thể loại các lần chạy cho tín hiệu của một số lỗi điều khiển hoặc rò rỉ trạng thái. Nhờ vậy, hệ thống có một mức lọc lỗi mà không cần lượng qubit phụ trợ lớn như trong sửa lỗi lượng tử đầy đủ. 1

Ý nghĩa của thiết kế là giữ được tính mạch lạc và thuận nghịch: một địa chỉ ở trạng thái chồng chập vẫn có thể dẫn dữ liệu lượng tử đi theo các nhánh tương ứng, trong khi tránh chuỗi cổng quá sâu — vốn khiến lỗi tích lũy và mất mạch lạc ngày càng nghiêm trọng khi cây định tuyến lớn lên. 1

Vì sao kết quả đáng chú ý, nhưng chưa phải đột phá thương mại?

Điểm đáng chú ý nhất là đây là bằng chứng thực nghiệm rằng định tuyến lượng tử có điều khiển theo địa chỉ có thể được lắp ghép và đo đạc trên phần cứng siêu dẫn thực, bao gồm cả mạng hai tầng nối tiếp chứ không chỉ một router cô lập. 17

Tuy nhiên, con số 98% chỉ là hiệu suất truyền của một router đơn. Nó không chứng minh QRAM chịu lỗi ở quy mô bộ nhớ hữu ích. Việc độ trung thực giảm xuống 82,4% ở mạng hai tầng cho thấy sai số vẫn tích lũy rõ rệt khi ghép nhiều phần tử. 71

Các trở ngại còn lại gồm nhiễu xuyên kênh trong điều khiển vi ba, duy trì vận hành ổn định ở nhiệt độ siêu lạnh, chi phí dây dẫn–điều khiển–tích hợp, độ phức tạp hiệu chuẩn và khả năng giữ độ trung thực khi mở rộng từ hai tầng lên bốn hoặc tám tầng. Những dữ liệu hiện có chưa cho thấy các vấn đề mở rộng này đã được giải quyết. 12

Cũng cần thận trọng với chi tiết xuất bản: hồ sơ nguồn gốc có thể truy cập là một bản tiền công bố arXiv, ghi nhãn “Preprint: APS/123-QED”. Tài liệu được cung cấp không tự xác nhận độc lập một bài báo Physical Review X chính thức, số tập hay DOI cuối cùng. 1

Tóm lại, đây là một bước tiến đáng kể về di chuyển dữ liệu lượng tử mạch lạc, thuận nghịch và điều khiển bằng địa chỉ trên phần cứng trong nước Trung Quốc — nhưng vẫn là một khối xây dựng QRAM, không phải lời khẳng định rằng QRAM quy mô lớn đã sẵn sàng cho ứng dụng gần hạn.