QRAM 数据结构：指针、偏移与随机写¶

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QMem 把 QRAM 资源抽象成 C 风格的数组访问：基地址、常量与量子偏移、多维视图，以及随机读写。所有寻址都是 Python 生成阶段的糖衣——落到 RIR 里的只有寄存器算术、Load 和 Store（见RIR 规范 3.2 节）。API 见 QRAM 指针式读写。

指针与读¶

QMem 绑定构造器里已声明的 QRAM 资源。ptr() 返回指向 0 号单元的指针，整数加减产生常量偏移；传入寄存器视图则得到持有量子地址的指针。解引用 load 是现有 XOR-Load：|addr⟩|d⟩ ↦ |addr⟩|d ⊕ M[addr]⟩，叠加地址天然支持。

>>> from oracq import Builder, QRAM, QMem, UInt, simulate
>>> b = Builder("demo", {"idx": UInt(2), "out": UInt(4)}, {"rom": QRAM(2, 4)})
>>> mem = QMem(b, "rom")
>>> (mem.ptr() + 1).load(b["out"])
>>> state = simulate(b.finish().program(), {"rom": [10, 11, 12, 13]})
>>> sorted(state.amplitudes.items())
[((0, 11), (1+0j))]

量子偏移（p + b["idx"]）和多维展平需要寄存器加法：QMem 自动合成逐位进位加法器与移位拼接，地址临时寄存器在解引用后由整体 Adjoint 复净，模块保持酉。地址算术的门成本如实计入资源估计。当地址表达式恰为单个全宽寄存器且无常量分量时，不引入任何寻址算术。

多维视图¶

shape 声明 row-major 展平；下标可以是整数、寄存器视图或切片，量子下标的宽度必须满足 2^width 不超过该维长度。切片返回重新定址的子数组视图。

>>> b = Builder("grid", {"row": UInt(2), "out": UInt(4)}, {"rom": QRAM(4, 4)})
>>> grid = QMem(b, "rom", shape=(4, 4))
>>> grid[b["row"], 2].load(b["out"])
>>> state = simulate(b.finish().program(), {"rom": list(range(16))}, initial={"row": 3})
>>> sorted(state.amplitudes.items())
[((3, 14), (1+0j))]

随机写¶

store 是 RIR 的 Store 指令：M[addr] := data。存储单元按经典单元建模，随机写不计入门成本（资源估计中单独计入 qram_writes）。执行时地址与数据寄存器必须处于确定基矢；叠加地址下的写没有线性语义，执行器会直接报错。结构上 Store 不能出现在 Control 或 Adjoint 体内，含 Store 的模块不具备受控与伴随能力。

>>> b = Builder("write", {"addr": UInt(2), "val": UInt(4), "out": UInt(4)}, {"ram": QRAM(2, 4)})
>>> mem = QMem(b, "ram")
>>> mem[b["addr"]].store(b["val"])
>>> mem.ptr(3).load(b["out"])
>>> state = simulate(b.finish().program(), {"ram": [0, 0, 0, 0]}, initial={"addr": 1, "val": 9})
>>> sorted(state.amplitudes.items())
[((1, 9, 0), (1+0j))]

后续 Load 读到演化后的内存：上例中单元 1 已写入 9，单元 3 仍为 0。OriginIR-ext 导出把 Store 降低为 QRAMWRITE 扩展行；文本执行器（UnifiedQuantum、PySparQ）暂不接受运行期写，遇到含 Store 的程序会在执行入口报错，文本导出不受影响。

能力一览¶

能力	形式	降低产物
常量偏移	`mem.ptr(2) + 3`、`p - 1`	`add_const`（模 2^地址宽度）
量子指针	`mem.ptr(b["addr"])`	直接寻址或移位拼接
量子偏移	`p + b["idx"]`	与指针区间重叠时合成进位加法器（Toffoli/CNOT）
多维索引	`grid[b["row"], 3]`	移位拼接；各维占据不相交位段时不需加法器
子数组视图	`grid[2:]`	常量重定址，无指令

完整语义测试见 tests/core/test_qmem.py。