CN112884155A - 一种实现量子逻辑门的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本文公开一种实现量子逻辑门的方法及装置，本发明实施例确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特后，通过第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；其中，第一量子比特和第二量子比特为同一种类的原子，第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。通过处于两个能级的量子比特实现量子逻辑门，避免了由构建量子逻辑门后再进行能级转移造成的退相干问题，保证了原子间纠缠态的保真度。

Description

一种实现量子逻辑门的方法及装置

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种实现量子逻辑门的方法及装置。

背景技术

量子计算机是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备。量子计算机的基础逻辑单元是由遵守量子力学原理的量子比特构成，大量相互作用的量子比特可以在物理上实现量子计算机。相对于传统计算机，量子计算机在解决一些特定问题时运算时间可大幅度减少。量子计算机在基础科学研究、量子通讯及密码学、人工智能、金融市场模拟、气候变化预测等方面具有广泛的应用前景，因此受到了广泛关注。利用囚禁于势阱中的量子比特阵列可以在实验条件下实现高保真度的量子逻辑门操作。量子比特在相互作用控制、长相干时间、高保真度量子逻辑门操作及量子纠错等衡量量子计算性能等方面表现优秀，是最有可能实现量子计算机的平台之一。

量子计算的核心步骤包括构建高保真度的量子逻辑门，在离子型量子计算系统中，由于离子间自旋相关的相互作用长度远小于离子间距，因此需要利用离子与外界电磁场(激光或者微波等)的相互作用来激发离子链的集体振动模式，从而构造离子间自旋相关的相互作用，进而实现量子逻辑门。对于只包含同一种原子(中性原子或带电原子(离子))的量子计算系统，若所有的原子都使用相同的能级进行量子比特编码(即所有原子选择一样的计算基矢)，则构造多比特量子逻辑门时，只需要使用与该编码的能级相关的拉曼跃迁即可。图1为相关技术处于相同能级的量子比特示意图，如图1所示，由一种原子组成第一量子比特q₁与第二量子比特q₂都使用S能级的两个自旋状态{|↑>,|↓>}进行编码；S能级上具有频率为ω的

跃迁，利用频率为ω的激光可以实现两个量子比特在S能级上的拉曼跃迁，进而可以构造多比特量子逻辑门；图2为相关技术实现量子逻辑门的示意图，如图2所示，一组包含两种成分的频率均接近ω的拉曼激光，频率为ω₁和ω₂，波矢为

和

偏振为

和

二者频率差接近预设的集体振动模式的振动频率ω_ν，即ω₁-ω₂＝ω_ν+δ；拉曼激光同时作用在第一量子比特q₁与第二量子比特q₂上，通过调整拉曼激光的频率、偏振和波矢，可以控制在两个量子比特上产生自旋相关力；对于不同的两个量子比特自旋态，其在坐标-动量相空间中的运动轨迹不同，因此获得的几何相位也不同；通过控制拉曼激光的作用时间，可以实现双量子比特的几何相位量子逻辑门。

利用一种原子的同一能级进行量子比特编码的量子逻辑门实现简单，但在对部分离子进行操作时会对其附近的其它离子的状态造成干扰，因此系统中会不可避免地存在串扰错误。串扰错误一般存在于测量或者激光冷却等近共振过程中，为了避免串扰错误，相关技术将量子逻辑门中的两个量子比特分别编码在两个长寿命能级上，构建混合量子比特系统；构建上述混合量子比特系统，需要将由同一能级的两个量子比特实现的量子逻辑门中的其中一个量子比特进行状态转移，采用相关技术进行状态转移时会引起退相干(出现相位丢失)问题，即量子逻辑门中两个相互纠缠的原子(两个原子为实现量子逻辑门的两个量子比特，原子包括离子)，对其中一个原子进行状态转移，会降低原子间纠缠态的保真度。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种实现量子逻辑门的方法及装置，能够避免出现退相干问题，保证原子间纠缠态的保真度。

本发明实施例提供了一种实现量子逻辑门的方法，包括：

确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特；

通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；

其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特为同一种类的原子；所述第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。

在一种示例性实例中，所述确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特之前，所述方法还包括：

将处于第一能级的第一量子比特转移至所述第二能级，获得所述第二量子比特。

在一种示例性实例中，所述通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门，包括：

激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式；

通过激发集体振动模式的所述第一量子比特和所述第二量子比特，构建所述量子逻辑门。

在一种示例性实例中，所述激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式，包括：

将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特，以激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式；

其中，各组所述拉曼激光包括两种成分，两种成分的拉曼激光的频率差与所述集体振动模式的振动频率相差预设数值的频率值。

在一种示例性实例中，所述将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特，包括：

将预设的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特。

在一种示例性实例中，所述将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特之前，所述方法还包括：

确定所述第一量子比特在所述第一能级进行跃迁的第一频率和所述第二量子比特在所述第二能级进行跃迁的第二频率；

根据确定的第一频率和第二频率，确定作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特的所述一组以上拉曼激光。

在一种示例性实例中，所述确定作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特的拉曼激光，包括：

所述第一频率与所述第二频率的差值的绝对值小于预设的频率阈值时，确定采用波长相同的一组拉曼激光同时作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特；或者，采用波长相同的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特；

所述第一频率与所述第二频率的差值的绝对值大于或等于预设的频率阈值时，确定采用波长不同的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特。

另一方面，本发明实施例还提供一种实现量子逻辑门的装置，包括：确定单元和处理单元；其中，

确定单元设置为：确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特；

处理单元设置为：通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；

其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特为同一种类的原子；所述第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。

在一种示例性实例中，所述装置还包括转移单元，设置为：

将处于第一能级的第一量子比特转移至所述第二能级，获得所述第二量子比特。

在一种示例性实例中，所述处理单元是设置为：

激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式；

通过激发集体振动模式的所述第一量子比特和所述第二量子比特，构建所述量子逻辑门。

在一种示例性实例中，所述处理单元是设置为激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式，包括：

将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特，以激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式；

其中，各组所述拉曼激光包括两种成分，两种成分的拉曼激光的频率差与所述集体振动模式的振动频率相差预设数值的频率值。

在一种示例性实例中，所述处理单元是设置为将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特，包括：

将预设的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特。

在一种示例性实例中，所述处理单元还设置为：

确定所述第一量子比特在所述第一能级进行跃迁的第一频率和所述第二量子比特在所述第二能级进行跃迁的第二频率；

根据确定的第一频率和第二频率，确定作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特的所述一组以上拉曼激光。

在一种示例性实例中，所述处理单元是设置为确定作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特的拉曼激光，包括：

所述第一频率与所述第二频率的差值的绝对值小于预设的频率阈值时，确定采用波长相同的一组拉曼激光同时作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特；或者，采用波长相同的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特；

所述第一频率与所述第二频率的差值的绝对值大于或等于预设的频率阈值时，确定波长不同的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特。

本发明实施例确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特后，通过第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；其中，第一量子比特和第二量子比特为同一种类的原子，第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。通过处于两个能级的量子比特实现量子逻辑门，避免了由构建量子逻辑门后再进行能级转移造成的退相干问题，保证了原子间纠缠态的保真度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为相关技术处于相同能级的量子比特示意图；

图2为相关技术实现量子逻辑门的示意图；

图3为本发明实施例实现量子逻辑门的方法的流程图；

图4为本发明实施例混合量子比特系统的组成示意图；

图5为本发明实施例实现量子逻辑门的示意图；

图6为本发明实施例镱-171离子的能级示意图；

图7为本发明实施例镱-171离子的拉曼跃迁示意图；

图8为本发明实施例另一实现量子逻辑门的示意图；

图9为本发明实施例实现量子逻辑门的装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图3为本发明实施例实现量子逻辑门的方法的流程图，如图3所示，包括：

步骤301、确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特；

步骤302、通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；

其中，第一量子比特和第二量子比特为同一种类的原子；第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。

需要说明的是，本发明实施例预设倍数可以由本领域技术人员根据量子计算的性能进行分析设定，例如、预设倍数可以为1000倍。

在一种示例性实例中，确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特之前，本发明实施例方法还包括：

将处于第一能级的第一量子比特转移至第二能级，获得第二量子比特。

在一种示例性实例中，本发明实施例将量子比特由第一能级转移至第二能级之前，可以参照相关技术对需要进行能级转移的量子比特进行选定。此外，量子比特由第一能级转移至第二能级，可以参照相关技术实现，在此不做赘述。

本发明实施例确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特后，通过第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；其中，第一量子比特和第二量子比特为同一种类的原子，第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。通过处于两个能级的量子比特实现量子逻辑门，避免了由构建量子逻辑门后再进行能级转移造成的退相干问题，保证了原子间纠缠态的保真度。

在一种示例性实例中，本发明实施例通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门，包括：

激发第一量子比特和第二量子比特的集体振动模式；

通过激发集体振动模式的第一量子比特和第二量子比特，构建量子逻辑门。

在一种示例性实例中，本发明实施例激发第一量子比特和第二量子比特的集体振动模式，包括：

将预设的一组以上拉曼激光作用于第一量子比特和第二量子比特，以激发第一量子比特和第二量子比特的集体振动模式；

其中，各组拉曼激光包括两种成分，两种成分的拉曼激光的频率差与集体振动模式的振动频率相差预设数值的频率值。

在一种示例性实例中，本发明实施例将预设的一组以上拉曼激光作用于第一量子比特和第二量子比特，包括：

将预设的两组拉曼激光中的第一组作用于第一量子比特，第二组作用于第二量子比特。

需要说明的是，采用的拉曼激光的具体频率，可以使第一量子比特和第二量子比特产生集体激发，可以由本领域技术人员参照量子计算的相关原理确定。

在一种示例性实例中，将预设的一组以上拉曼激光作用于第一量子比特和第二量子比特之前，本发明实施例方法还包括：

确定第一量子比特在第一能级进行跃迁的第一频率和第二量子比特在第二能级进行跃迁的第二频率；

根据确定的第一频率和第二频率，确定作用于第一量子比特和第二量子比特的一组以上拉曼激光。

在一种示例性实例中，本发明实施例确定作用于第一量子比特和第二量子比特的拉曼激光，包括：

第一频率与第二频率的差值的绝对值小于预设的频率阈值时，确定采用波长相同的一组拉曼激光同时作用于第一量子比特和第二量子比特；或者，采用波长相同的两组拉曼激光中的第一组作用于第一量子比特，第二组作用于第二量子比特；

第一频率与第二频率的差值的绝对值大于或等于预设的频率阈值时，确定采用波长不同的两组拉曼激光中的第一组作用于第一量子比特，第二组作用于第二量子比特。需要说明的是，频率阈值可以由本领域技术人员根据经验值进行设定，第一频率与第二频率的差值的绝对值小于预设的频率阈值时，可以采用波长相同的两组拉曼激光中的第一组作用于第一量子比特，第二组作用于第二量子比特，根据本领域技术人员根据第一量子比特和第二量子比特的属性，当采用波长相同的一组拉曼激光即可实现第一量子比特和第二量子比特的拉比频率(Rabi frequency)相近的拉曼跃迁时，本发明实施例可以采用波长相同的一组拉曼激光实施本发明实施例方法。其中拉比频率相近是指第一量子比特和第二量子比特的拉比频率之差的绝对值小于预设数值。

在一种示例性实例中，激发第一量子比特和第二量子比特的集体振动模式之后，本发明实施例可以参照相关技术对拉曼激光的相关参数进行调整，以获得量子逻辑门；其中，通过调整拉曼激光的频率、偏振、光强和波矢，可以在两个量子比特上产生自旋相关力；对于不同的两个量子比特的自旋态，其在坐标-动量相空间中的运动轨迹不同，因此获得的几何相位也不同。通过控制拉曼激光作用于激发集体振动模式的第一量子比特和第二量子比特的时间，可以获得双量子比特的几何相位量子逻辑门。在一种示例性实例中，本发明实施例量子比特可以是中性原子，也可以是带电原子(即离子)。在一种示例性实例中，上述带电原子可以是镱-171离子。

在一种示例性实例中，本发明实施例第一能级包括：基态能级，第二能级包括：亚稳态能级。

以下对基于上述量子逻辑门构建的混合量子比特系统进行应用说明，本发明实施例利用一个原子的两个能级的跃迁来构造双比特的量子逻辑门。在混合量子比特系统中，两个量子比特分别编码在不同的长寿命能级上；图4为本发明实施例混合量子比特系统的组成示意图，如图4所示，混合量子比特系统中的第一量子比特q₁编码在第一能级(S)上的两个自旋态上(|↑>、|↓>)，第二量子比特q₂编码在第二能级(S′)上的两个自旋态上(|↑′>、|↓′>)。第一能级(S)上具有频率为ω的跃迁

第二能级(S′)上具有频率为ω′的跃迁

本发明实施例同时利用上述跃迁制备双比特的量子逻辑门。图5为本发明实施例实现量子逻辑门的示意图，如图5所示，第一组拉曼激光作用在第一能级(S)上，包含两种成分，第一组拉曼激光包含的两种成分的频率为ω₁和ω₂，波矢为

和

偏振为

和

二者频率差接近预设的集体振动模式的振动频率ω_ν，即频率差满足本领域技术人员公知的以下取值关系：ω₁-ω₂＝ω_ν+δ；第二组拉曼激光作用在第二能级(S′)上，第二组拉曼激光包含的两种成分的频率为ω₁′和ω₂′，波矢为

和

偏振为

和

二者频率差接近预设的集体振动模式的振动频率ω_ν，即频率差满足本领域技术人员公知的以下取值关系：ω₁′-ω₂′＝ω_v+δ。两组拉曼激光中第一组拉曼激光对第一量子比特q₁产生作用，第二组拉曼激光对第二量子比特q₂产生作用，通过两组拉曼激光对第一量子比特q₁和第二量子比特q₂的作用，可以激发第一量子比特q₁和第二量子比特q₂的集体振动模式。通过调整两组拉曼激光的频率、偏振、光强和波矢，可以在两个原子上产生自旋相关力。对于不同的双原子自旋态，其在坐标-动量相空间中的运动轨迹不同，因此其获得的几何相位也不同。通过控制拉曼激光的作用时间，本发明实施例可以构造双量子比特的几何相位量子逻辑门。

在一种示例性实例中，对于一些在第一能级和第二能级具有频率相近的跃迁的原子，本发明实施例利用这些跃迁，只使用同一波长的两组拉曼激光即可构造处于不同能级上量子比特之间的量子逻辑门，进而进一步降低本发明实施例混合量子比特系统的复杂度。以下以镱-171离子作为在第一能级和第二能级具有频率相近的跃迁的原子作为示例进行说明，图6为本发明实施例镱-171离子的能级示意图，如图6所示，镱-171离子在基态能级²S_1/2和亚稳态能级²F_7/2上具有频率接近的跃迁；图7为本发明实施例镱-171离子的拉曼跃迁示意图，如图7所示，同一波长的拉曼激光(如355纳米激光)可以同时在基态能级²S_1/2和亚稳态能级²S_7/2上引起拉曼跃迁。因此，对于分别编码在基态能级²S_1/2和亚稳态能级²S_7/2上的两个量子比特，只需要用同一波长的两组拉曼激光，就可以构造双比特的量子逻辑门。图8为本发明实施例另一实现量子逻辑门的示意图，如图8所示，第一量子比特q₁编码在基态能级²S_1/2上，第二量子比特q₂编码在亚稳态能级²F_7/2上。利用355纳米激光产生两组拉曼激光，均包含两种成分，其频率为ω₁和ω₂，波矢为

和

偏振为

和

二者频率差接近预设的集体振动模式的振动频率ω_ν，即ω₁-ω₂＝ω_ν+δ。但是两组拉曼激光的光强可以不同。两组拉曼激光分别对第一量子比特q₁和第二量子比特q₂产生作用，可以产生集体激发。。通过调整拉曼激光的频率、偏振、光强和波矢，可以在两个量子比特上产生自旋相关力。对于不同的双比特自旋态，其在坐标-动量相空间中的运动轨迹不同，因此其获得的几何相位也不同。通过控制拉曼激光的作用时间，可以构造双量子比特的几何相位量子逻辑门。上述镱-171离子仅为本发明实施例在第一能级和第二能级具有频率相近的跃迁的原子的示例，355纳米激光为对应于镱-171离子的拉曼激光。

上述量子逻辑门的实施方式仅是本发明实施例的可选示例，本发明实施例还可以通过相关技术中的其他方式实现量子逻辑门，包括但不限于：利用梯度磁场结合微波实现量子逻辑门，利用超快脉冲激光产生的自旋相关动量反冲(spin-dependent kick)实现量子逻辑门等。此外，本发明实施例除适用上述双比特的量子逻辑门外，还适用于多量子比特逻辑门，另外，本发明实施例量子比特与长寿命能级不限于一一对应，即同一个长寿命能级上可以有多个量子比特。

图9为本发明实施例实现量子逻辑门的装置的结构框图，如图9所示，包括：确定单元和处理单元；其中，

确定单元设置为：确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特；

处理单元设置为：通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；

其中，第一量子比特和第二量子比特为同一种类的原子；第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。

在一种示例性实例中，本发明实施例装置还包括转移单元，设置为：

将处于第一能级的第一量子比特转移至第二能级，获得第二量子比特。

在一种示例性实例中，本发明实施例处理单元是设置为：

激发第一量子比特和第二量子比特的集体振动模式；

通过激发集体振动模式的第一量子比特和第二量子比特，构建量子逻辑门。

在一种示例性实例中，本发明实施例处理单元是设置为激发第一量子比特和第二量子比特的集体振动模式，包括：

将预设的一组以上拉曼激光作用于第一量子比特和第二量子比特，以激发第一量子比特和第二量子比特的集体振动模式；

其中，各组拉曼激光包括两种成分，两种成分的拉曼激光的频率差与集体振动模式的振动频率相差预设数值的频率值。

在一种示例性实例中，本发明实施例处理单元是设置为将预设的一组以上拉曼激光作用于第一量子比特和第二量子比特，包括：

将预设的两组拉曼激光中的第一组作用于第一量子比特，第二组作用于第二量子比特。

在一种示例性实例中，本发明实施例处理单元还设置为：

确定第一量子比特在第一能级进行跃迁的第一频率和第二量子比特在第二能级进行跃迁的第二频率；

根据确定的第一频率和第二频率，确定作用于第一量子比特和第二量子比特的一组以上拉曼激光。

在一种示例性实例中，本发明实施例处理单元是设置为确定作用于第一量子比特和第二量子比特的拉曼激光，包括：

第一频率与第二频率的差值的绝对值小于预设的频率阈值时，确定采用波长相同的一组拉曼激光同时作用于第一量子比特和第二量子比特；或者，采用波长相同的两组拉曼激光中的第一组作用于第一量子比特，第二组作用于第二量子比特；

第一频率与第二频率的差值的绝对值大于或等于预设的频率阈值时，确定采用波长不同的两组拉曼激光中的第一组作用于第一量子比特，第二组作用于第二量子比特。

“本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质”。

Claims (14)

1.一种实现量子逻辑门的方法，包括：

确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特；

通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；

其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特为同一种类的原子；所述第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特之前，所述方法还包括：

将处于第一能级的第一量子比特转移至所述第二能级，获得所述第二量子比特。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门，包括：

激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式；

通过激发集体振动模式的所述第一量子比特和所述第二量子比特，构建所述量子逻辑门。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式，包括：

将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特，以激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式；

其中，各组所述拉曼激光包括两种成分，两种成分的拉曼激光的频率差与所述集体振动模式的振动频率相差预设数值的频率值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特，包括：

将预设的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特之前，所述方法还包括：

确定所述第一量子比特在所述第一能级进行跃迁的第一频率和所述第二量子比特在所述第二能级进行跃迁的第二频率；

根据确定的第一频率和第二频率，确定作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特的所述一组以上拉曼激光。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特的拉曼激光，包括：

所述第一频率与所述第二频率的差值的绝对值小于预设的频率阈值时，确定采用波长相同的一组拉曼激光同时作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特；或者，采用波长相同的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特；

所述第一频率与所述第二频率的差值的绝对值大于或等于预设的频率阈值时，确定采用波长不同的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特。

8.一种实现量子逻辑门的装置，包括：确定单元和处理单元；其中，

确定单元设置为：确定处于第一能级的第一量子比特和处于第二能级的第二量子比特；

处理单元设置为：通过确定的第一量子比特和第二量子比特实现量子逻辑门；

其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特为同一种类的原子；所述第一能级和第二能级为：能级寿命大于预设倍数的量子操作时长的两个能级。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括转移单元，设置为：

将处于第一能级的第一量子比特转移至所述第二能级，获得所述第二量子比特。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述处理单元是设置为：激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式；通过激发集体振动模式的所述第一量子比特和所述第二量子比特，构建所述量子逻辑门。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述处理单元是设置为激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式，包括：

将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特，以激发所述第一量子比特和所述第二量子比特的集体振动模式；

其中，各组所述拉曼激光包括两种成分，两种成分的拉曼激光的频率差与所述集体振动模式的振动频率相差预设数值的频率值。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理单元是设置为将预设的一组以上拉曼激光作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特，包括：

将预设的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理单元还设置为：

确定所述第一量子比特在所述第一能级进行跃迁的第一频率和所述第二量子比特在所述第二能级进行跃迁的第二频率；

根据确定的第一频率和第二频率，确定作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特的所述一组以上拉曼激光。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述处理单元是设置为确定作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特的拉曼激光，包括：

所述第一频率与所述第二频率的差值的绝对值小于预设的频率阈值时，确定采用波长相同的一组拉曼激光同时作用于所述第一量子比特和所述第二量子比特；或者，采用波长相同的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特；

所述第一频率与所述第二频率的差值的绝对值大于或等于预设的频率阈值时，确定采用波长不同的两组拉曼激光中的第一组作用于所述第一量子比特，第二组作用于所述第二量子比特。

Images