Китайские ученые создали и проверили систему согласованной маршрутизации квантовой информации, продемонстрировав на сверхпроводящем квантовом компьютере Origin Wukong эффективность передачи данных, достигающую 98 процентов. Эта разработка преследует цель создания более масштабируемых систем квантовой памяти и решения одной из основных задач в области развития квантовых вычислений – организации передачи информации в сложных архитектурных конструкциях.

Исследования были сосредоточены на технологии квантовой памяти QRAM, в которой доступ к информации обеспечивается посредством многоуровневой сети квантовых переключателей, осуществляющих направление данных к необходимой ячейке. Специалисты изучали эффективность организации маршрутизации квантовых данных при расширении количества элементов системы. В рамках эксперимента была разработана структура из трех независимых квантовых маршрутизаторов и двухуровневая сетевая архитектура, что дало возможность оценить производительность как отдельных компонентов, так и более комплексной структуры.

Тестирование проводилось на Origin Wukong, представляющем собой третье поколение сверхпроводящих квантовых компьютеров китайской разработки. Вместо оценки производительности изолированного элемента исследователи объединили маршрутизаторы в систему с двухступенчатой передачей данных, что позволило оценить работу квантовой маршрутизации при последовательном добавлении этапов обработки информации.

Квантовый маршрутизатор выступает как своего рода канал, осуществляющий направление квантовой информации между различными частями системы. Для развития QRAM это имеет особое значение, поскольку будущие квантовые компьютеры будут нуждаться в эффективных методах управления большими объемами квантовых данных и их перемещения между отдельными узлами.

Эффективность передачи информации отдельным квантовым маршрутизатором достигла 98 процентов. В двухступенчатой сети этот показатель составил 93 процента. Помимо этого, были проведены тесты произвольного доступа, а также определена точность сохранения квантовой информации, которая в среднем составила 94,8 процента для одного маршрутизатора и 82,4 процента для двухступенчатой сети.

Специалисты подчеркивают, что показатели эффективности передачи данных и точность их сохранения – это различные характеристики. Указанное значение в 98 процентов демонстрирует работу конкретного маршрутизатора и не характеризует общую точность функционирования сети или производительность квантового компьютера как единого целого. По мере усложнения системы ожидалось снижение этих показателей, однако эксперимент продемонстрировал возможность организации квантовой маршрутизации сразу на двух уровнях сложности, используя одну сверхпроводящую платформу.

Достигнутые результаты закладывают фундамент для дальнейшего совершенствования масштабируемой квантовой памяти QRAM с применением уже существующих сверхпроводящих технологий. Ученые полагают, что подобный подход позволит обеспечить более тесную интеграцию квантовых чипов и управляющих схем, а также упростить процесс создания перспективных квантовых вычислительных систем.

Проведенное исследование отражает сдвиг в области квантовой науки от тестирования отдельных компонентов к проверке сложных функций непосредственно на функционирующих квантовых устройствах. В перспективе ученые намерены разрабатывать методы маршрутизации, которые позволят формировать более крупные квантовые архитектуры, отличающиеся повышенной эффективностью и надежностью.

В ходе исследования были выявлены возможности когерентной квантовой маршрутизации на компьютере Origin Wukong, однако для реализации полноценной масштабируемой квантовой памяти потребуется дальнейшая оптимизация архитектуры, увеличение числа элементов и проверка работы более сложных систем.