中国本源悟空平台实现量子路由新突破 传输效率达98%

► 文 观察者网心智观察所

2026年9月初，在安徽合肥的安徽省量子计算芯片重点实验室里，一串跳动的实验数据引发了科研人员的热烈欢呼。

依托中国自主研发的第3代超导量子计算机“本源悟空”，科研团队成功研发出面向桶式量子随机存取存储器的相干量子路由系统。测试结果显示，单个量子路由器的信息传输效率高达98%，两层路由网络的整体传输效率也达到了93%。

如果把量子计算机比作一座正在拔地而起的未来智慧超级都市，那么计算核心就像是算力惊人的超级工厂，而负责调度海量信息的存储器就是必不可少的数据仓储中心。

长期以来，科学家们虽然造出了越来越强大的算力芯片，却常常被一个极其棘手的物理难题困扰：处于微妙叠加状态的量子数据极其脆弱，稍受干扰就会烟消云散，传统的传输调度方案就像是在羊肠小道上盲目塞车，导致大量有效信息在半路损耗遗失。如何为这些娇贵的量子数据铺设一条既高速畅通又绝对安全的专属快车道，成了全球量子科研界争相攻克的核心瓶颈。如今，中国科研团队交出的这份亮眼答卷，为打破这一僵局带来了曙光。

当算力怪兽遭遇数据堵车

先回到我们日常熟悉的经典计算机世界。在普通电脑里，中央处理器每秒钟都要从内存中读取大量数据，这个存储调度系统被称为随机存取存储器。它就像一个由无数个小抽屉组成的巨大储物柜，每个抽屉都有唯一的门牌号，也就是地址。计算机的指令非常明确，想要几号抽屉里的资料，机械手臂就精准伸向该抽屉，取回由0或1组成的信息，整个过程整齐划一、干脆利落。

然而，一旦跨入微观的量子世界，规则就彻底变了。量子力学拥有两种近乎魔法般的特性：叠加态与纠缠态。如果说经典计算机里的信息比特只能像硬币一样，要么正面朝上代表0，要么反面朝上代表1，那么量子比特就像是一枚正在高速旋转的硬币，在停下来被观测之前，它能够同时处于既是正面又是反面的叠加状态。这就赋予了量子计算机并行处理海量运算的恐怖潜能，在量子搜索、量子机器学习以及复杂材料模拟等特定任务上，它展现出超越传统超级计算机的计算速度。

但这种神奇的特性也带来了一个巨大的麻烦。当强大的量子算法运转时，它所发出的读取指令往往不是单一的“取回3号抽屉”，而是同时处于“既取3号、又取5号、还取8号”的复杂叠加态。这就要求存储器也必须具备量子特性，即量子随机存取存储器。在这种存储架构中，最核心的部件被称为量子路由器，它的使命是根据处于叠加态的地址指令，将数据准确、可逆且相干地送往四通八达的各个分支节点。

在业内公认最具可行性的桶式架构中，数据在网络中的传输就像接力传水桶一样层层推进。以往国际上通行的设计方案是依靠标准的数字化量子逻辑门，把每一个路由动作拆解成许多微小的基础指令。这就像在十字路口没有智能信号灯，每一辆车必须严格按照繁琐的死板规程层层减速、确认、拐弯。当存储网络的规模从几个节点扩展到几十甚至成百上千个节点时，整个线路的深度会呈指数级暴增。

更为致命的是，量子比特对周围环境的噪声极其敏感，在物理学上被称为退相干现象，任何微弱的电磁波动或温度起伏，都会让旋转的硬币提前倒下，导致宝贵的信息彻底毁坏。繁复漫长的传输路线，意味着误差会被层层放大累积，数据还没走到目的地，就已经在路上损失殆尽。可扩展性由此成为了量子存储技术难以逾越的鸿沟。

给量子比特修一座立交桥

面对这个看似两难的物理死结，本源量子联合中国科学技术大学、合肥综合性国家科学中心人工智能研究院等科研团队，跳出了传统的设计思路。既然在地面平面上修路容易遇到红绿灯堆叠和拥堵，为什么不在三维空间里架设一座高架立交桥呢？

研究团队巧妙地将目光投向了超导量子芯片本身的物理能级结构。在传统的超导量子计算中，人们通常只选取物理器件能量最低的两个状态，分别定义为计算状态0和计算状态1，而把更高的能级当作干扰排斥在外。但科研人员敏锐地意识到，这些更高的能级其实并非无用之物，而是一座未被开采的宝藏。他们提出了基于辅助能级的全新构建方案，将这些沉睡的高能级开发为信息周转的临时绿色通道。

在相干量子路由系统中，复杂的受控数据交换操作不再需要几十道传统逻辑门层层拆解，而是通过微波脉冲的精准调控，让信息在需要转移时轻巧地跃迁至更高阶的辅助能级，完成定向流动后再优雅地返回基础能级。这个过程不仅极其浅捷迅速，而且在物理层面上近乎直接贯通，相当于在原本拥堵逼仄的单层平面道路上方，凭空架设起了一套立体互通的高速立交桥。数据流得以直接跨越冗余的交叉路口直达目的地，线路的运行步骤被大幅压缩，环境噪声侵蚀信息的时间窗口被压缩到了极致。

与此同时，研究人员还在信息编码上施展了精巧的防错术。他们将控制路由走向的地址信息，巧妙编码在非相邻的三能级状态中。这样一来，如果在微波操控过程中出现了细微的控制偏差，系统就会根据能级跃迁的物理规律自动对这些瑕疵打上标记。在随后的数据提取环节中，这些带有标记的错误信号可以通过测量后选择机制被直接过滤剔除。

最令人惊叹的是，整个过程完全不需要额外挂载沉重复杂的辅助纠错量子比特，极大地减轻了底层硬件的负担，为路由系统注入了强大的韧性。相关研究成果经同行严格评议后，已在国际顶尖物理学期刊Physical Review X上正式发表。

真实物理机上的严苛大考

科学研究中最激动人心的时刻，莫过于把纸面上的精妙构想推向真实的物理世界接受检验。以往许多令人瞩目的量子科研成果往往停留在计算机软件模拟阶段，或者仅在高度简化、隔绝的极端理想实验室环境下运行。但这一次，科研团队选择在实打实的物理真机上直面大考，他们把整套路由系统搬上了中国自主研发的第3代超导量子计算机“本源悟空”。

在实验过程中，研究人员并没有仅仅测试一个孤立的单元，而是直接在“本源悟空”的超导芯片上搭建了3个完全独立的量子路由器，并将它们纵深串联成一套两层的量子路由网络。这种层级化的测试环境极其严酷，因为级联网络中的信号需要经历多次节点交接，前一级产生的任何细微抖动都会被下一级无情放大。研究团队要用真机数据回答两个最核心的问题：单个路由器到底有多快多准？串成网络之后它究竟能不能稳得住？

实验给出了令业界振奋的答卷。在单体测试中，单个量子路由器的信息传输效率达到了令人惊叹的98%。而在结构复杂度成倍增加的两层级联网络中，整体信息传输效率依然稳稳保持在93%的高位。

在量子科学中，传输效率与保真度是两个互相关联却又截然不同的指标。如果说传输效率衡量的是发出的量子包裹有没有在规定时间内顺利送到终点，那么保真度衡量的则是包裹里的脆弱物品在经历颠簸后，是否依然保持着出发时的完美原貌。在随机访问的严格测试下，单个量子路由器的平均保真度达到了94.8%，两层级联网络的平均保真度也达到了82.4%。

尽管在级联网络中，由于器件间的物理串扰和多次门操作的叠加，保真度指标相比单体测试不可避免地出现了生理性的回落，但这套系统不仅经受住了考验，更全面证明了由量子地址控制的相干、可逆路由在多层架构中切实可行。

正如业内前沿专家所评价的那样，这项突破真正的里程碑意义不仅在于那98%的峰值传输效率数字本身，更在于它向全世界证明，利用量子器件底层的物理多能级特性，可以在不无休止堆砌硬件规模的前提下，成倍削减计算线路的复杂度并遏制误差滋生，成功打通了量子信息在多节点间安全接力传输的通道。

从堆叠数字到驾驭复杂功能的跃升

长期以来，公众甚至部分科技行业观察者在衡量量子计算的发展水平时，往往习惯于盯着一个简单的数字：芯片拥有多少个量子比特。在很长一段时间里，全球各大科技巨头也似乎陷入了一场单纯拼凑比特数量的数字竞赛。

然而，单纯拥有更多数量的量子比特，并不等同于拥有真正可用的量子计算能力。如果把这些微观粒子比作建筑工地上的一块块砖石，哪怕堆叠了成千上万块砖，倘若没有科学的框架设计、没有灵活畅通的内部管网、没有精准高效的施工调度，这些砖石也永远只是一堆杂乱无章的散沙，无法筑起高耸入云的摩天大厦。一个只能维持极短时间、彼此无法高效协同通信的量子比特集群，在实际应用面前往往脆弱不堪。

“本源悟空”平台上实现的这次飞跃，研究重心正在从单纯追求单点性能指标的突破、盲目追求比特数量的堆砌，坚定地转向攻克复杂系统级功能在真实物理硬件上的工程化落地与协同验证。

量子路由器是构建可扩展量子随机存取存储器的基础骨架，而量子存储器又是让量子计算机走出象牙塔、真正胜任海量数据检索与机器学习等复杂大工程的前提条件。通过巧妙深挖现有芯片内部的物理潜力，实现算法、线路与芯片底层物理特性的深度协同，中国科研团队走出了一条高效率、低冗余、更契合工程实用化需求的创新路径。

当然，严谨的科学家们也清醒地指出，98%的单体传输效率并不意味着实用的量子存储器明天就能直接量产商用。当网络的规模从两层继续向四层、八层乃至更大规模推进时，超导芯片的微波线路串扰控制、低温环境下的硬件稳定性保障以及系统整体集成的工艺成本，依然是横亘在全人类科学家面前的巨型科学壁垒。但毫无疑问的是，“本源悟空”的这一脚油门，已经实实在在地把量子数据传输这辆超跑，送上了通往未来的主干道。

奔向未来的量子计算新干线

在神话中，齐天大圣孙悟空凭借一双火眼金睛与七十二般变化，能驾筋斗云瞬息千里，踏破千难万险。而在合肥科学岛畔，以“悟空”命名的自主超导量子计算机，一次次突破人类认知的边界，体现了中国在关键核心高端科技领域展现出的系统级工程创新力量。

人类每一次信息技术的巨大飞跃，无不发端于对信息流通方式的深刻重塑。从古代的驿站烽火，到近代的电报光缆，再到如今编织全球的互联网，通道的畅通与否，始终决定着文明能够走多远。在量子物理这片人类尚未驯服的广袤新大陆上，能够精准护送脆弱量子信息奔跑的“相干立交桥”才刚刚合龙通车。随着底层量子路由技术的不断夯实，量子随机存取存储器的蓝图正在一块块拼接完整。

来源|心智观察所

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