CN113487035B - 量子门的控制脉冲确定方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种量子门的控制脉冲确定方法、装置及电子设备，涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子计算中的量子控制技术领域。具体实现方案为：获取离子阱量子芯片的第一参数信息和所述离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及获取所述待控制量子门的脉冲控制信息；基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息；获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵；基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息。

Description

量子门的控制脉冲确定方法、装置及电子设备

技术领域

本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子计算中的量子控制技术领域，具体涉及一种量子门的控制脉冲确定方法、装置及电子设备。

背景技术

离子阱量子芯片中，量子比特的控制一般通过激光或者微波的技术实现，受限于离子内部能级之间的选择定则，通常采用激光的方式操控离子阱中的量子比特。而随着离子阱量子芯片中量子比特数目的增多，量子比特之间传递信息的媒介-声子模式也随之变化，如何在用户层面很好的实现多量子比特的离子阱脉冲控制成为一个有趣的课题。

目前，离子阱量子芯片中可以采用在实验上测量特定声子模式的方式，来测定声子振动频率等信息，基于实验上测定得到的信息，来确定相应量子操作所需的脉冲序列。

发明内容

本公开提供了一种量子门的控制脉冲确定方法、装置及电子设备。

根据本公开的第一方面，提供了一种量子门的控制脉冲确定方法，包括：

获取离子阱量子芯片的第一参数信息和所述离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及获取所述待控制量子门的脉冲控制信息；

基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息；

获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵；

基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息。

根据本公开的第二方面，提供了一种量子门的控制脉冲确定装置，包括：

第一获取模块，用于获取离子阱量子芯片的第一参数信息和所述离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及获取所述待控制量子门的脉冲控制信息；

第二获取模块，用于基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息；

第三获取模块，用于获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵；

确定模块，用于基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法。

根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法。

根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法。

根据本公开的技术解决了确定离子阱量子芯片中量子门的控制脉冲比较困难的问题，提高了确定量子门的控制脉冲的便捷性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1是根据本公开第一实施例的量子门的控制脉冲确定方法的流程示意图；

图2是根据本公开第二实施例的量子门的控制脉冲确定装置的结构示意图；

图3是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

第一实施例

如图1所示，本公开提供一种量子门的控制脉冲确定方法，包括如下步骤：

步骤S101：获取离子阱量子芯片的第一参数信息和所述离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及获取所述待控制量子门的脉冲控制信息。

本实施例中，量子门的控制脉冲确定方法涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子计算中的量子控制技术领域，其可以广泛应用于离子阱量子芯片场景。本公开实施例的量子门的控制脉冲确定方法，可以由本公开实施例的量子门的控制脉冲确定装置执行。本公开实施例的量子门的控制脉冲确定装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的量子门的控制脉冲确定方法。该电子设备可以为服务器，也可以为终端，这里不做具体限定。

离子阱作为用于量子计算演示的平台，得益于微观离子丰富的能级结构和量子特性，使得束缚在阱中的离子成为理想的量子比特，从而可以构成离子阱量子芯片。其中，可以选取特殊的元素如镱(Yb)、钙(Ca)或钾(K)等作为离子，并将离子束缚在阱中，离子阱量子芯片中，各个离子通过声子来进行耦合。

第一参数信息可以表征离子阱量子芯片即离子阱平台的特性，通常离子阱量子芯片可以包括多个离子，且离子种类、离子数目、离子阱的束缚形式以及声子振动模式中至少一项不同，离子阱量子芯片也会不同。因此，第一参数信息可以包括离子种类、离子数目、离子阱的束缚形式以及离子阱中声子振动模式。

其中，离子种类指的是构成离子的是哪种元素，如离子种类为元素镱(Yb)、钙(Ca)或钾(K)等，离子数目指的是离子阱中束缚了多少个离子，如离子数目79个。

离子阱的束缚形式指的是离子在阱中的束缚形式，主要有两个指标约束，横向束缚用ω_XY表示，纵向束缚用ω_Z表示。

而离子阱中声子振动模式指的是离子阱中采用的声子模式，可以包括两种情况，一种为横向振动模式，用transverse表示，另一种可以为纵向振动模式，用axial表示。

第一参数信息的获取方式可以包括多种，比如，可以获取用户根据离子阱量子芯片的结构输入的该离子阱量子芯片的第一参数信息，也可以获取预先存储的该离子阱量子芯片的第一参数信息，还可以接收其他电子设备发送的该离子阱量子芯片的第一参数信息。

待控制量子门指的是需要进行量子操作的量子比特形成的量子门，量子操作指的是将脉冲序列作用于量子比特上，以控制该量子比特执行相应的量子门操作，并达到比较好的门保真度。本实施例的目的即是指定离子阱量子芯片中需要控制的量子比特形成的量子门即待控制量子门，并确定该待控制量子门的控制脉冲，以使生成的控制脉冲作用于该待控制量子门中的量子比特上，可以在达到高保真度的基础上实现相应的量子门操作。

第二参数信息可以用于指定离子阱量子芯片中的待控制量子门以及该待控制量子门的相关控制参数，比如，第二参数信息可以包括量子门种类，量子门中量子比特的控制时间以及量子门中量子比特的序号。

其中，量子门种类可以指的是离子阱量子芯片中原生量子门的种类，可以为单比特量子门，也可以为多比特量子门，这里不进行具体限定，如原生R_x旋转门、原生R_y旋转门、原生

(MS)门或广义多比特纠缠门等。

通常，为了标识离子阱量子芯片中各个量子比特，可以对离子阱量子芯片中量子比特进行标号，而量子门中量子比特的序号即指的是构成待控制量子门的量子比特在离子阱量子芯片中的序号。量子门中量子比特的控制时间指的是控制脉冲作用于量子比特的时间，控制时间会影响量子比特的演化时间，从而也会影响量子门的量子操作。

第二参数信息的获取方式可以包括多种，比如，可以获取用户输入的量子阱量子芯片中需要控制的量子门的第二参数信息，也可以获取预先存储的离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，还可以接收其他电子设备发送的离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息。

脉冲控制信息可以指的是待控制量子门所需的控制脉冲的波形信息，该控制脉冲可以为一串脉冲序列，脉冲控制信息可以包括脉冲序列的波形种类，波形数目和激光失谐。

其中，波形种类可以用于表征构成该脉冲序列的波形形状，可以为正弦波、方波等。波形数目可以指的是构成该脉冲序列的周期波形数目，如这一串脉冲序列由10个周期波形构成，该周期波形的形状可以为方波。激光失谐指的是离子的本征频率与脉冲频率之间的差值。

脉冲控制信息的获取方式可以包括多种，比如，可以获取用户输入的该待控制量子门的脉冲控制信息，也可以获取预先存储的该待控制量子门的脉冲控制信息，还可以接收其他电子设备发送的该待控制量子门的脉冲控制信息。

步骤S102：基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。

该步骤中，可以将脉冲控制信息对应的脉冲序列作用于离子阱量子芯片的待控制量子门中的量子比特上，以对该待控制量子门中的量子比特进行操作。在离子阱操控即操作过程中，离子阱中各离子会发生微小的位移，这些微小的位移会改变离子感受到的光场作用形式，因此，可以通过这种微小的差异将离子阱中的所有离子联系起来。

并且，在极低温下，离子在平衡位置的振动可以通过二次量子化方法，将离子的微小位移变换成量子力学中产生算符和湮灭算符的形式，因此，该步骤中，可以通过二次量子化方法，来获取离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。该矩阵表示信息为矩阵形式，可以表征离子阱量子芯片在控制脉冲的作用下，声子和离子的产生算符和湮灭算符的形式。

在实际应用中，可以基于第一参数信息和第二参数信息确定所需要操控的离子在离子阱量子芯片中的操作位置，之后可以采用两束对射光作用在进行量子门操作的离子比特上。

这两束对射光可以为激光，也可以为微波，这里不进行具体限定。以Raman激光为例，可以控制对射的两束Raman激光产生与脉冲控制信息对应的脉冲序列，其中，两束Raman激光相对的相位和振幅可以控制脉冲序列的波形参数信息，如周期波形的振幅和相位。

这两束Raman激光相对的相位和振幅是可调的，本实施例的目的即是通过调节这两束Raman激光相对的相位和振幅，使得待控制量子门中的量子比特可以实现量子门操作，且可以达到比较高的保真度，最终输出这两束Raman激光相对应的目标相位和目标振幅。其中，该目标相位和目标振幅可以表征待控制量子门对应的脉冲序列的目标波形参数信息，在目标波形参数信息对应的脉冲序列的作用下，该待控制量子门可以达到非常高的门保真度。

相应的，可以通过二次量子化方法，来获取离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息，具体可以采用微扰的方法获取离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。

步骤S103：获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵。

该步骤中，第一演化酉矩阵可以为在脉冲序列的作用下，待控制量子门在操作过程中所演化的矩阵。具体为在初始波形参数信息对应的脉冲序列的作用下，待控制量子门在操作过程中所演化的矩阵。

可以直接将矩阵表示信息，通过现有的或新的转换算法转换为与该矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵，也可以从矩阵表示信息中提取离子阱量子芯片的哈密顿量的演化信息，基于该演化信息确定与该矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵。

在一可选实施方式中，通过微扰的方法获取声子和离子的二次量子化矩阵形式之后，可以从中提取离子阱量子芯片中系统哈密顿量的演化信息，该演化信息可以包括构成系统哈密顿量所需的关键参数，比如，每个离子的声子振动频率即离子链振动频率，以及离子-声子耦合的强度参数，该强度参数可以称之为Lamb-Dicke系数。其中，量子阱量子芯片中系统哈密顿量可以为激光和离子内态、离子链振动模式耦合后系统的哈密顿量，离子-声子耦合的强度参数可以用离子和声子的耦合强度矩阵来表征。

之后，可以通过现有的或新的转换算法，将该演化信息直接转换为与等效的哈密顿量，进一步的，基于该哈密顿量，通过Magnus展开的方式，得到第一演化酉矩阵。这样，可以实现待控制量子门的操作，从而确定待控制量子门在操作过程中所演化的矩阵。

步骤S104：基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息。

该步骤中，可以确定第一演化酉矩阵与待控制量子门的表达矩阵之间的差异，以确定待控制量子门在操作过程中的门保真度，该差异可以表征待控制量子门的门失真度，而1减去门失真度，即可以得到门保真度。其中，第一演化酉矩阵可以为待控制量子门在实际操作过程中所演化出来的矩阵，而待控制量子门的表达矩阵可以为待控制量子门在理论情况下所演化出来的矩阵，该表达矩阵可以基于待控制量子门的量子门种类确定，量子门种类不同，量子门的表达矩阵也就不同。

在第一演化酉矩阵与待控制量子门的表达矩阵之间的差异小于预设阈值(即说明门失真度比较小)的情况下，则说明待控制量子门的保真度达到要求，此时，可以将第一演化酉矩阵对应的脉冲序列的波形参数信息确定为目标波形参数信息，该目标波形参数信息对应的脉冲序列即为最终确定的优化脉冲序列。也就是说，将该优化脉冲序列作用于待控制量子门中的量子比特上，可以使得待控制量子门实现高保真度的量子操作。

在第一演化酉矩阵与待控制量子门的表达矩阵之间的差异大于或等于预设阈值的情况下，可以调整脉冲序列的波形参数信息，具体可以通过调整两束Raman激光相对应的相位和振幅，来调整脉冲序列的波形参数信息。之后，可以基于调整后的波形参数信息重新对待控制量子门进行操作，得到新的演化酉矩阵，再重新确定待控制量子门的门保真度，最终在门保真度达到要求，即门失真度小于预设阈值的情况下，将最终调整的脉冲序列的波形参数信息确定为目标波形参数信息。

其中，预设阈值可以根据实际情况进行设置，其值大于0，通常情况下，为了保证比较高的门保真度，该预设阈值可以设置的比较小。

最终，在待控制量子门的门保真度达到要求的情况下，可以输出脉冲切片信息，该脉冲切片信息即为目标波形参数信息对应的两束Raman激光相对的相位信息和振幅信息。另外，还可以可视化的输出离子阱量子芯片中量子比特的排布方式，即可以通过链表的形式输出离子寻址位置，还可以输出在目标波形参数信息对应的脉冲序列的作用下，待控制量子门的门保真度，以及在达到高保真度的前提下输出待控制量子门的演化酉矩阵。

本实施例中，通过获取离子阱量子芯片的第一参数信息和所述离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及获取所述待控制量子门的脉冲控制信息；基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息；获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵；基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息。如此，可以基于离子阱量子芯片的第一参数信息和离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及待控制量子门的脉冲控制信息，自动化地确定该待控制量子门的优化脉冲序列的目标波形参数信息，从而可以提高确定量子门的控制脉冲的便捷性。

并且，通过自动化地确定该待控制量子门的优化脉冲序列的目标波形参数信息，可以提供给用户自定义离子阱量子芯片的自由，灵活性比较强。同时，考虑了离子阱中所有振动模式的影响，并支持全连通离子阱量子芯片的脉冲生成，可以方便地扩展到30+全连通离子阱量子比特系统上，还有将控制优化参数(包括离子阱平台信息)扩大后，可以很方便地扩展到含噪离子阱系统和带串扰的离子阱量子芯片中，可扩展性比较强。而且，根据激光输出脉冲波形的特性，提供了多种实用化的脉冲波形选择，实用性比较强。

以下演示了采用常用的镱(Yb)离子做量子比特的离子阱量子芯片，采用本实施例的量子门的控制脉冲确定方案生成的脉冲序列作用于离子阱量子芯片中的待控制量子门，所产生的原生量子门效果。

离子阱量子芯片的第一参数信息如表1所示，待控制量子门的脉冲控制信息如表2所示，而待控制量子门的演示效果如表3所示。

表1离子阱量子芯片的第一参数信息表

表2待控制量子门的脉冲控制信息表

激光波形	波形数目	激光失谐
			方波square	35	π×10<sup>4</sup>Hz

表3待控制量子门的演示效果表

从表3可以看出，不管是单比特量子门，还是两比特量子门，还是多比特量子门，基于第一参数信息、第二参数信息和脉冲控制信息，自动化确定待控制量子门对应的脉冲序列的目标波形参数信息之后，该目标波形参数信息对应的优化脉冲序列作用于待控制量子门上，可以得到非常好的门保真度。并且，通过更改离子种类和数目等离子阱量子芯片的第一参数信息，可以非常方便地扩展到不同种类的离子阱量子芯片的脉冲调控。

可选的，所述步骤S102具体包括：

基于所述第一参数信息，确定所述离子阱量子芯片中每个离子的寻址位置；

基于所述寻址位置和所述第二参数信息，确定所述待控制量子门中的离子在所述离子阱量子芯片中的目标位置；

基于所述目标位置，采用所述脉冲控制信息对应的脉冲序列对所述待控制量子门中的量子比特进行操作，得到所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。

本实施方式中，可以基于第一参数信息，确定构成待控制量子门的离子在离子阱量子芯片中的寻址位置，得到离子寻址位置，该离子寻址位置可以表征离子阱量子芯片中各个离子的平衡位置。其中，第一参数信息不同，离子寻址位置也会不同。

具体可以通过离子间库伦排斥相互作用和外束缚势场达成平衡的条件，通过电磁学平衡方程计算出每个离子比特在离子阱量子芯片中所处的平衡位置，得到离子寻址位置。

在离子阱量子芯片的排列方式为线性排列的情况下，离子寻址位置可以用一维链表来表征，链表中每个数据可以表征一个离子在离子阱量子芯片中的寻址位置。在离子阱量子芯片的排列方式为其他排列如二维排列的情况下，离子寻址位置可以用多维链表来表征，这里不进行具体限定。

在确定了各离子在离子阱量子芯片的平衡位置的情况下，可以基于第二参数信息和离子寻址位置，确定待控制量子门中的离子即量子比特在离子阱量子芯片中的目标位置，以使两束Raman激光作用在该目标位置，进行待控制量子门的操作。

之后，可以采用对射的两束Raman激光作用于该目标位置，并基于对射的两束Raman激光生成的脉冲序列，采用二次量子化方法对待控制量子门中的量子比特进行操作，最终得到离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。并且，在操作过程中，可以采用微扰的方法获取离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。

本实施方式中，通过基于第一参数信息和第二参数信息，确定待控制量子门中的离子在所述离子阱量子芯片中的目标位置，并基于所述目标位置，采用所述脉冲控制信息对应的脉冲序列对所述待控制量子门中的量子比特进行操作，最终得到所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。如此，可以基于第一参数信息、第二参数信息和脉冲控制信息，自动化地对待控制量子门中的量子比特进行操作，从而可以实现离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息的确定。

可选的，步骤S103具体包括：

从所述矩阵表示信息中提取所述离子阱量子芯片的哈密顿量的演化信息；

获取与所述演化信息等效的哈密顿量；

基于所述哈密顿量，确定与所述哈密顿量等效的第一演化酉矩阵。

本实施方式中，通过微扰的方法获取声子和离子的二次量子化矩阵形式之后，可以从中提取离子阱量子芯片中系统哈密顿量的演化信息，该演化信息可以包括构成系统哈密顿量所需的关键参数，比如，每个离子耦合的声子振动频率即离子链振动频率，以及离子-声子耦合的强度参数，该强度参数可以称之为Lamb-Dicke系数。其中，离子阱量子芯片中系统哈密顿量可以为激光和离子内态耦合后系统的哈密顿量，离子-声子耦合的强度参数可以用离子和声子的耦合强度矩阵来表征。

之后，可以通过现有的或新的转换算法，将该演化信息直接转换为与等效的哈密顿量，进一步的，基于该哈密顿量，通过Magnus展开的方式，得到第一演化酉矩阵。这样，可以实现待控制量子门的操作，从而确定待控制量子门在操作过程中所演化的矩阵。

可选的，所述步骤S104具体包括：

确定所述第一演化酉矩阵与所述待控制量子门的表达矩阵之间的差异信息；

基于所述差异信息，对所述脉冲序列的波形参数信息进行更新；

基于更新的波形参数信息，确定所述待控制量子门的第二演化酉矩阵；

在所述第二演化酉矩阵与所述表达矩阵之间的差异小于预设阈值的情况下，将所述第二演化酉矩阵对应的所述脉冲序列的波形参数信息确定为所述目标波形参数信息。

本实施方式中，脉冲控制信息对应的脉冲序列的波形参数信息可以为初始波形参数信息，采用该初始波形参数信息对应的脉冲序列，对待控制量子门进行操作，最终可以得到待控制量子门的第一演化酉矩阵。

可以采用现有的或新的矩阵匹配算法，确定第一演化酉矩阵与待控制量子门的表达矩阵之间的差异信息，基于该差异信息，对脉冲序列的波形参数信息进行更新，具体可以更新生成该脉冲序列的两束Raman激光相对应的相位信息和振幅信息，且可以采用梯度下降等方法更新脉冲序列的波形参数信息，以使得采用调整后的波形参数信息，对待控制量子门进行操作演化所确定的第二演化酉矩阵与待控制量子门的表达矩阵越来越相似。

最终，在第二演化酉矩阵与表达矩阵之间的差异小于预设阈值的情况下，将第二演化酉矩阵对应的脉冲序列的波形参数信息确定为目标波形参数信息，该目标波形参数信息对应的脉冲序列即为待控制量子门基于脉冲控制信息所确定的优化脉冲序列。

本实施方式中，通过离子阱激光脉冲的调控功能，并根据激光输出脉冲波形的特性，调整脉冲序列的波形参数信息，最终使得待控制量子门在目标波形参数信息对应的优化脉冲序列的作用下，可以达到比较高的门保真度，从而可以自动化地实现量子门的控制脉冲的确定。并且，可以提供多种脉冲波形选择，实用性比较强。

可选的，所述步骤S104之后，所述方法还包括：

基于所述目标波形参数信息和所述脉冲控制信息，生成用于控制所述待控制量子门的脉冲序列。

本实施方式中，该目标波形参数信息可以包含对射的两束光如Raman激光相对应的相位信息和振幅信息，可以基于该目标波形参数信息和脉冲控制信息生成该待控制量子门对应的脉冲序列。

在实际应用中，可以基于该目标波形参数信息和脉冲控制信息中的波形种类和激光失谐，通过声光调制器实现优化脉冲序列中周期波形的调制，并基于脉冲控制信息中的波形数目，生成控制待控制量子门所需要的优化脉冲序列。如此，使得生成的优化脉冲序列可以有效地应用到离子阱量子芯片的控制中，且实现了离子阱量子芯片从激光脉冲优化到可视化脉冲序列全自动化地生成。

第二实施例

如图2所示，本公开提供一种量子门的控制脉冲确定装置200，包括：

第一获取模块201，用于获取离子阱量子芯片的第一参数信息和所述离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及获取所述待控制量子门的脉冲控制信息；

第二获取模块202，用于基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息；

第三获取模块203，用于获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵；

确定模块204，用于基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息。

可选的，其中，所述第二获取模块202，具体用于：

基于所述第一参数信息，确定所述离子阱量子芯片中每个离子的寻址位置；

基于所述寻址位置和所述第二参数信息，确定所述待控制量子门中的离子在所述离子阱量子芯片中的目标位置；

基于所述目标位置，采用所述脉冲控制信息对应的脉冲序列对所述待控制量子门中的量子比特进行操作，得到所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。

可选的，其中，所述第三获取模块203，具体用于：

从所述矩阵表示信息中提取所述离子阱量子芯片的哈密顿量的演化信息；

获取与所述演化信息等效的哈密顿量；

基于所述哈密顿量，确定与所述哈密顿量等效的第一演化酉矩阵。

可选的，其中，所述确定模块204，具体用于：

确定所述第一演化酉矩阵与所述待控制量子门的表达矩阵之间的差异信息；

基于所述差异信息，对所述脉冲序列的波形参数信息进行更新；

基于更新的波形参数信息，确定所述待控制量子门的第二演化酉矩阵；

在所述第二演化酉矩阵与所述表达矩阵之间的差异小于预设阈值的情况下，将所述第二演化酉矩阵对应的所述脉冲序列的波形参数信息确定为所述目标波形参数信息。

可选的，还包括：

生成模块，用于基于所述目标波形参数信息和所述脉冲控制信息，生成用于控制所述待控制量子门的脉冲序列。

本公开提供的量子门的控制脉冲确定装置200能够实现量子门的控制脉冲确定方法实施例实现的各个过程，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。

图3示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备300的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

如图3所示，设备300包括计算单元301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的计算机程序或者从存储单元308加载到随机访问存储器(RAM)303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还可存储设备300操作所需的各种程序和数据。计算单元301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。

设备300中的多个部件连接至I/O接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元301的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元301执行上文所描述的各个方法和处理，例如量子门的控制脉冲确定方法。例如，在一些实施例中，量子门的控制脉冲确定方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到设备300上。当计算机程序加载到RAM 303并由计算单元301执行时，可以执行上文描述的量子门的控制脉冲确定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行量子门的控制脉冲确定方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (12)

1.一种量子门的控制脉冲确定方法，包括：

获取离子阱量子芯片的第一参数信息和所述离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及获取所述待控制量子门的脉冲控制信息，所述第一参数信息用于表征所述离子阱量子芯片的特性，所述第二参数信息用于指定所述离子阱量子芯片中的待控制量子门以及所述待控制量子门的控制参数；

基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息；

获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵；

基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息；

所述基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息，包括：

将所述脉冲控制信息对应的脉冲序列作用于所述离子阱量子芯片的待控制量子门中的量子比特上，以对所述待控制量子门中的量子比特进行操作，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息，所述待控制量子门中的量子比特在所述离子阱量子芯片的操作位置基于所述第一参数信息和所述第二参数信息确定；

所述基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息，包括：

基于所述第一演化酉矩阵与所述待控制量子门的表达矩阵之间的差异，调整所述脉冲控制信息对应的脉冲序列的波形参数信息，以得到所述目标波形参数信息，所述待控制量子门在基于所述目标波形参数信息和所述脉冲控制信息确定的脉冲序列的作用下门失真度小于预设阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息，包括：

基于所述第一参数信息，确定所述离子阱量子芯片中每个离子的寻址位置；

基于所述寻址位置和所述第二参数信息，确定所述待控制量子门中的离子在所述离子阱量子芯片中的目标位置；

基于所述目标位置，采用所述脉冲控制信息对应的脉冲序列对所述待控制量子门中的量子比特进行操作，得到所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵，包括：

从所述矩阵表示信息中提取所述离子阱量子芯片的哈密顿量的演化信息；

获取与所述演化信息等效的哈密顿量；

基于所述哈密顿量，确定与所述哈密顿量等效的第一演化酉矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息，包括：

确定所述第一演化酉矩阵与所述待控制量子门的表达矩阵之间的差异信息；

基于所述差异信息，对所述脉冲序列的波形参数信息进行更新；

基于更新的波形参数信息，确定所述待控制量子门的第二演化酉矩阵；

在所述第二演化酉矩阵与所述表达矩阵之间的差异小于预设阈值的情况下，将所述第二演化酉矩阵对应的所述脉冲序列的波形参数信息确定为所述目标波形参数信息。

5.根据权利要求1所述的方法，所述基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息之后，所述方法还包括：

基于所述目标波形参数信息和所述脉冲控制信息，生成用于控制所述待控制量子门的脉冲序列。

6.一种量子门的控制脉冲确定装置，包括：

第一获取模块，用于获取离子阱量子芯片的第一参数信息和所述离子阱量子芯片中待控制量子门的第二参数信息，以及获取所述待控制量子门的脉冲控制信息，所述第一参数信息用于表征所述离子阱量子芯片的特性，所述第二参数信息用于指定所述离子阱量子芯片中的待控制量子门以及所述待控制量子门的控制参数；

第二获取模块，用于基于所述第一参数信息、所述第二参数信息和所述脉冲控制信息对应的脉冲序列，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息；

第三获取模块，用于获取与所述矩阵表示信息等效的第一演化酉矩阵；

确定模块，用于基于所述第一演化酉矩阵，确定所述待控制量子门对应的所述脉冲序列的目标波形参数信息；

所述第二获取模块，具体用于将所述脉冲控制信息对应的脉冲序列作用于所述离子阱量子芯片的待控制量子门中的量子比特上，以对所述待控制量子门中的量子比特进行操作，获取所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息，所述待控制量子门中的量子比特在所述离子阱量子芯片的操作位置基于所述第一参数信息和所述第二参数信息确定；

所述确定模块，具体用于基于所述第一演化酉矩阵与所述待控制量子门的表达矩阵之间的差异更新所述脉冲控制信息对应的脉冲序列的波形参数信息，以得到所述目标波形参数信息，所述待控制量子门在基于所述目标波形参数信息和所述脉冲控制信息确定的脉冲序列的作用下门失真度小于预设阈值。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二获取模块，具体用于：

基于所述第一参数信息，确定所述离子阱量子芯片中每个离子的寻址位置；

基于所述寻址位置和所述第二参数信息，确定所述待控制量子门中的离子在所述离子阱量子芯片中的目标位置；

基于所述目标位置，采用所述脉冲控制信息对应的脉冲序列对所述待控制量子门中的量子比特进行操作，得到所述离子阱量子芯片中声子和离子的二次量子化的矩阵表示信息。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第三获取模块，具体用于：

从所述矩阵表示信息中提取所述离子阱量子芯片的哈密顿量的演化信息；

获取与所述演化信息等效的哈密顿量；

基于所述哈密顿量，确定与所述哈密顿量等效的第一演化酉矩阵。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述确定模块，具体用于：

确定所述第一演化酉矩阵与所述待控制量子门的表达矩阵之间的差异信息；

基于所述差异信息，对所述脉冲序列的波形参数信息进行更新；

基于更新的波形参数信息，确定所述待控制量子门的第二演化酉矩阵；

在所述第二演化酉矩阵与所述表达矩阵之间的差异小于预设阈值的情况下，将所述第二演化酉矩阵对应的所述脉冲序列的波形参数信息确定为所述目标波形参数信息。

10.根据权利要求9所述的装置，还包括：

生成模块，用于基于所述目标波形参数信息和所述脉冲控制信息，生成用于控制所述待控制量子门的脉冲序列。

11.一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5中任一项所述的方法。

12.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-5中任一项所述的方法。

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