CN113052318B - 一种实现量子逻辑门的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种实现量子逻辑门的方法及装置，本发明实施例通过获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲(SDK)脉冲；根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；其中，每一组SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；时间序列的精度小于1纳秒。通过达到时间可控的第一SDK脉冲提高了构建量子逻辑门的第一SDK脉冲的到达时间准确度，提升了量子逻辑门的构建质量。

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，大量相互作用的离子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，量子计算机在解决某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离子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。离子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。
相关技术中，利用SDK可以实现多比特量子逻辑门；按照预先设定的固定的时间序列，对量子比特进行多次SDK处理，即可实现量子逻辑门。用于构建量子逻辑门的若干组SDK脉冲主要通过以下方式获得：获得重复频率为f的SDK激光脉冲序列，相邻两个激光脉冲之间的时间间隔是1/f；利用脉冲选择器选择性地让SDK激光脉冲序列中的部分SDK激光脉冲照射到离子量子比特上，实现SDK脉冲照射至离子量子比特的时间控制。图1为相关技术获得SDK激光脉冲的示意图，如图1所示，相关技术中获得的SDK脉冲照射至离子量子比特的时间精度为1/f，被选择的SDK激光脉冲相邻的时间间隔是1/f的整数倍；基于相关技术获得的SDK激光脉冲精度受限，影响了构建获得的量子逻辑门的质量。
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，能够提高构建量子逻辑门的SDK脉冲的到达时间准确度。
本发明实施例提供了一种实现量子逻辑门的方法，包括：
获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲SDK脉冲；
根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；
其中，每一组所述SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；所述时间序列的精度小于1纳秒。
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：控制单元和构建单元；其中，
控制单元设置为：获得按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲SDK脉冲；
构建单元设置为：根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；
其中，每一组所述SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；所述时间序列的精度小于1纳秒。
本发明实施例通过获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲(SDK)脉冲；根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；其中，每一组SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；所述时间序列的精度小于1纳秒。通过达到时间可控的第一SDK脉冲提高了构建量子逻辑门的第一SDK脉冲的到达时间准确度，提升了量子逻辑门的构建质量。
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为相关技术获得SDK激光脉冲的示意图；
图2为本发明实施例实现量子逻辑门的方法的流程图；
图3为本发明实施例获得第一SDK激光脉冲的示意图；
图4为本发明另一实施例获得第一SDK激光脉冲的示意图；
图5为本发明实施获得用于进行SDK处理的激光脉冲的示意图；
图6为本发明实施例实现自旋相关动量反冲的示意图；
图7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2为本发明实施例实现量子逻辑门的方法的流程图，如图2所示，包括：
步骤201、获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲(SDK)脉冲；
步骤202、根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；
其中，每一组SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；时间序列的精度小于1纳秒。
需要说明的是，本发明实施例每一组SDK脉冲中包含间隔预设时长的预设数值个用于进行SDK处理的激光脉冲，间隔时长和预设数值由本领域技术人员参照相关原理确定。
本发明实施例通过获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲(SDK)脉冲；根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；其中，每一组SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；时间序列的精度小于1纳秒。通过达到时间可控的第一SDK脉冲提高了构建量子逻辑门的第一SDK脉冲的到达时间准确度，提升了量子逻辑门的构建质量。
在一种示例性实例中，本发明实施例获得按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一SDK脉冲，包括：
根据时间序列对连续激光进行幅度调制，获得两组以上第一SDK脉冲。
本发明实施例通过幅度调制可以在获得用于进行SDK处理的激光脉冲的同时，实现对第一SDK脉冲到达时间的控制。
在一种示例性实例中，本发明实施例获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一SDK脉冲，包括：
根据时间序列对两组以上第二SDK脉冲进行相位调制，获得两组以上第一SDK脉冲；其中，第二SDK脉冲包括：通过脉冲选择器对脉冲激光的激光脉冲序列进行选择获得的激光脉冲。
本发明实施例基于上述方法获得的两组以上第一SDK脉冲，实现了达到时间控制，到达时间的控制精度小于纳秒，提升了到达时间控制的准确性。
图3为本发明实施例获得第一SDK激光脉冲的示意图，如图3所示，通过脉冲选择器对激光脉冲序列进行选择获得的第二SDK激光脉冲后，通过包括相位延迟器在内的电光调制器件对激光脉冲的相位进行快速调制，从而实现了第二SDK激光脉冲传播时间的调整；需要说明的是，单个电光调制器件对于传播时间的调整能力有限，本发明实施例可以串联多个电光调制器件，以增加对第二SDK激光脉冲传播时间的调控能力，从而获得照射离子量子比特的第一SDK脉冲。
在一种示例性实例中，本发明实施例获得按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一SDK脉冲，包括：根据时间序列设置相位延迟不同的两个以上传播路径，将两组以上第二SDK脉冲的每一组第二SDK脉冲分别根据时间序列选择其中一个传播路径进行传播，获得两组以上第一SDK脉冲；其中，第二SDK脉冲包括：由激光脉冲序列和脉冲选择器获得的激光脉冲。
图4为本发明另一实施例获得第一SDK激光脉冲的示意图，如图4所示，通过脉冲选择器对脉冲激光的激光脉冲序列进行选择获得的第二SDK激光脉冲；设定用于传播各组第二SDK脉冲的传播路径，每条传播路径上根据时间序列设置相位延迟不同的相位延迟器，使得第二SDK脉冲通过路径选择器在相应的传播路径传播后获得到达时间满足时间序列的第一SDK脉冲。本发明实施例路径选择器的路径选择可以利用电光器件快速调整激光脉冲偏振来实现。本发明实施例相位延迟器包括但不限于：电光调制器件、机械类相位延迟器件等。
在一种示例性实例中，根据时间序列对连续激光进行幅度调制，包括：
通过根据时间序列设置的电信号对连续激光进行控制，获得两组以上第一SDK脉冲。
本发明实施例电信号可以由本领域技术人员根据用于进行SDK处理的激光脉冲的功率、脉冲宽度、以及上述时间序列确定。
本发明实施例通过电信号对连续激光进行控制，可以获得脉冲宽度满足要求的一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲。
需要说明的是，本发明实施例可以控制通断状态控制过程中连续激光的时长，实现输出的激光脉冲的脉冲宽度的控制；
在一种示例性实例中，本发明实施例还可以通过电信号对连续激光的强度进行调整，通过对连续激光的强度调整，获得满足功率要求的激光脉冲。
在一种示例性实例中，对连续激光进行幅度调制，获得了频率展宽被压缩处理的一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲。
在一种示例性实例中，本发明实施例通过电信号对连续激光进行控制，包括：
通过电信号调整各激光脉冲的功率关于时间的函数关系，获得脉冲宽度为纳秒量级的一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲。
需要说明的是，本发明实施例上述两种获得一个以上激光脉冲的方法可以同时实施。
在一种示例性实例中，本发明实施例激光脉冲的功率关于时间的函数关系可以通过包括但不限于截尾高斯函数进行表示。
本发明实施例将用于进行SDK处理的激光脉冲的频率展宽压缩处理至明显小于计算基矢之间能级差时，可以快速提高SDK的保真度。
在一种示例性实例中，本发明实施例方法还包括：
根据获得的一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲对离子量子比特进行自旋相关动量反冲(SDK)处理。
在一种示例性实例中，本发明实施例根据获得的一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲进行SDK处理，包括：
将获得的每一个用于进行SDK处理的激光脉冲拆分为两束，将拆分获得的两束激光脉冲从两个方向照射到离子量子比特；
调整从两个方向照射到离子量子比特的激光脉冲的频率及偏振，以实现SDK。
需要说明的是，激光脉冲拆分为两束的方法可以参照光学原理，结合相关技术中光学器件实现，在此不做赘述。
为了构建量子逻辑门，本发明实施例多个激光脉冲按照一定的时间顺序照射到离子量子比特上，利用连续激光和幅度调制器控制各激光脉冲的到达时间，本发明实施例可以执行多比特量子逻辑门的操作，实现高保真的多比特量子逻辑门。
本发明实施例对连续激光可以通过相关技术中已有的幅度调制器进行幅度调整，从而快速获得用于进行SDK处理的激光脉冲。与此同时，，通过电信号进行幅度调制，可以精确调控用于进行SDK处理的各个激光脉冲的到达时间。图5为本发明实施获得用于进行SDK处理的激光脉冲的示意图，如图5所示，通过实时调整电信号，可以对用于进行SDK处理的激光脉冲的间隔时长和到达时间进行精确控制。图6为本发明实施例实现自旋相关动量反冲的示意图，如图6所示，连续激光入射到幅度调制器，通过实时调整电信号获得脉冲宽度与功率均满足要求的一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲，电信号控制输出脉冲宽度与功率均满足要求的一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲的过程可以通过：调控出射的激光功率随时间变化的函数实现。将获得的用于进行SDK处理的激光脉冲拆分为两束后，从不同方向照射到离子量子比特上，通过调整用于进行SDK处理的激光脉冲的频率(例如通过声光调制器(AOM)调整激光脉冲的频率)和偏振(例如通过半波片(WP)调整激光脉冲的偏振)，即可实现SDK；通过本发明实施例获得的用于进行SDK处理的激光脉冲，可以实现快速的多量子比特逻辑门。
本发明实施例通过对连续激光进行幅度调制，获得了预设数值个用于实现离子量子比特的自旋相关动量反冲(SDK)的激光脉冲；通过幅度调制对激光脉冲进行了频率展宽的压缩处理，提升了SDK的保真度。
图7为本发明实施例实现量子逻辑门的装置的结构框图，如图7所示，包括：控制单元和构建单元；其中，
控制单元设置为：获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲SDK脉冲；
构建单元设置为：根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；
其中，每一组SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；时间序列的精度小于1纳秒。
本发明实施例通过获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲(SDK)脉冲；根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；其中，每一组SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；时间序列的精度小于1纳秒。通过达到时间可控的第一SDK脉冲提高了构建量子逻辑门的第一SDK脉冲的到达时间准确度，提升了量子逻辑门的构建质量。
在一种示例性实例中，本发明实施例控制单元是设置为：
根据时间序列对连续激光进行幅度调制，获得两组以上第一SDK脉冲。
在一种示例性实例中，本发明实施例控制单元是设置为通过以下方式之一获得两组以上第一SDK脉冲：
根据时间序列对两组以上第二SDK脉冲进行相位调制，获得两组以上第一SDK脉冲；
根据时间序列设置相位延迟不同的两个以上传播路径，将两组以上第二SDK脉冲的每一组第二SDK脉冲分别根据时间序列选择其中一个传播路径进行传播，获得两组以上第一SDK脉冲；
其中，第二SDK脉冲包括：通过脉冲选择器对脉冲激光的激光脉冲序列进行选择获得的激光脉冲。
在一种示例性实例中，本发明实施例控制单元设置为根据时间序列对连续激光进行幅度调制，包括：
通过根据时间序列设置的电信号对连续激光进行控制，获得两组以上第一SDK脉冲。
在一种示例性实例中，本发明实施例构建单元是设置为：
将获得的两组以上第一SDK脉冲按照预设的入射方向照射到量子比特上，构建量子逻辑门。
“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 (10)

1.一种实现量子逻辑门的方法，包括：
获得用于按照预设的时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲SDK脉冲；
根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；
其中，每一组所述SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；所述时间序列的精度小于1纳秒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一SDK脉冲，包括：
根据所述时间序列对连续激光进行幅度调制，获得所述两组以上第一SDK脉冲。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一SDK脉冲，包括：
根据所述时间序列对两组以上第二SDK脉冲进行相位调制，获得所述两组以上第一SDK脉冲；或者，
根据所述时间序列设置相位延迟不同的两个以上传播路径，将所述两组以上第二SDK脉冲的每一组第二SDK脉冲分别根据所述时间序列选择其中一个传播路径进行传播，获得所述两组以上第一SDK脉冲；
其中，所述第二SDK脉冲包括：通过脉冲选择器对脉冲激光的激光脉冲序列进行选择获得的激光脉冲。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据时间序列对连续激光进行幅度调制，包括：通过根据所述时间序列设置的电信号对所述连续激光进行控制，获得所述两组以上第一SDK脉冲。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门，包括：
将获得的所述两组以上所述第一SDK脉冲按照预设的入射方向照射到量子比特上，构建所述量子逻辑门。
6.一种实现量子逻辑门的装置，包括：控制单元和构建单元；其中，
控制单元设置为：获得用于按照预设时间序列照射离子量子比特的两组以上第一自旋相关动量反冲SDK脉冲；
构建单元设置为：根据获得的两组以上第一SDK脉冲构建量子逻辑门；
其中，每一组所述SDK脉冲中包含一个以上用于进行SDK处理的激光脉冲；所述时间序列的精度小于1纳秒。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制单元是设置为：
根据所述时间序列对连续激光进行幅度调制，获得所述两组以上第一SDK脉冲。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制单元是设置为通过以下方式之一获得所述两组以上第一SDK脉冲：
根据所述时间序列对两组以上第二SDK脉冲进行相位调制，获得所述两组以上第一SDK脉冲；
根据所述时间序列设置相位延迟不同的两个以上传播路径，将所述两组以上第二SDK脉冲的每一组第二SDK脉冲分别根据所述时间序列选择其中一个传播路径进行传播，获得所述两组以上第一SDK脉冲；
其中，所述第二SDK脉冲包括：通过脉冲选择器对脉冲激光的激光脉冲序列进行选择获得的激光脉冲。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制单元设置为根据所述时间序列对连续激光进行幅度调制，包括：
通过根据所述时间序列设置的电信号对所述连续激光进行控制，获得所述两组以上第一SDK脉冲。
10.根据权利要求6～9任一项所述的装置，其特征在于，所述构建单元是设置为：
将获得的所述两组以上所述第一SDK脉冲按照预设的入射方向照射到量子比特上，构建所述量子逻辑门。
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