NTT提出演算儲存分離的新量子電腦架構

傳統的量子電腦設計中，所有以量子形式保存的數據會存在記憶存儲區，而程式則會以量子迴路的方式表現，量子迴路就像是邏輯電路那樣。這種架構需要在電腦的各處保存數據並擴展計算機。例如，作為誤差耐性量子計算中主流方式是使用二維排列的量子位元進行計算，需要在每個儲存單元旁用不能儲存數據的單元來輔助計算，因此實際用於記憶體的比例通常只有44%~67%，低效率使得設備的大規模化和移植在技術上有難度。
為了解決上述課題，由NTT、東大、九大、理化學研究所等組成的團隊參考傳統電腦分為記憶體和處理器的架構再結合量子計算的限制和特性進行設計，藉由抽象指令來移動數據以擺脫儲存單元旁需要設置輔助計算單元的限制。由於儲存單元僅需具備儲存記憶的功能，故可以實現較高的記憶體利用率、大幅降低量子計算所需的量子硬體資源，並建構通用性高且容易移植的程式。雖然量子計算中數據的移動受到量子訊息無法複製等根本性質，以及所使用的量子設備和誤差更正方式等技術條件所限制，本次研究顯示上述方法在實際應用中有足夠可能達到約90%的記憶體效率。
不過，導入記憶體和處理器的分離架構後，兩區域的數據傳輸頻寬限制會使得計算所需耗時增加。研究團隊發現量子計算機在記憶體存取上也具備類似傳統電腦的局部性，故可採取類似快取技術的方法來改善，搭配將傳輸時間與其他運算同時操作來減少延遲的影響，最終所需總耗時僅增加約3%。本研究的意義在於提升量子計算的兼容性，使得複數研究可以平行推動，且證明傳統電腦的架構對於量子計算機也同樣有效。

資料來源：NTT（2025年3月4日）
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