CN113592091B - 构建纠缠态的方法、装置、实现节点连接的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开一种构建纠缠态的方法、装置、实现节点连接的方法及装置，包括：本发明实施例采用同一种离子作为数据量子比特与辅助量子比特，使用处于第一能级组的离子构建纠缠态，由于用于执行数据存储操作的第二能级的跃迁与第一能级组的跃迁互不干扰，在有效消除串扰的同时降低了系统复杂度，确保了数据量子比特与辅助量子比特之间量子逻辑门的保真度。
Description
技术领域
本文涉及但不限于量子信息技术，尤指一种构建纠缠态的方法、装置、实现节点连接的方法及装置。
背景技术
量子网络是量子信息领域的重要元素。量子信息是量子力学与信息理论的交叉应用，利用量子纠缠原理，可实现经典信息领域所缺乏的安全通信以及超越经典计算能力的量子计算。量子网络主要分为量子通讯网络和量子计算网络；量子计算网络是量子计算平台扩展的主要途径之一，在一些特定问题上具有超越经典计算的计算能力，因此备受关注。目前的量子计算平台一般面临着可扩展性不足的瓶颈。搭建量子网络，使分立的量子计算节点相互连接，可极大地扩展系统计算能力，实现大规模量子计算。
图1为相关技术中的量子网络的组成框图，如图1所示，量子网络由两部分组成：量子节点和量子信道；其中，量子信道，一般选用光子作为信息载体，实现量子信息在节点间的传输；量子信道是光子的通道，可以是自由空间，也可以是光纤。不同波长的光子在量子信道中的衰减率不同，通讯波段的光子在光纤中的衰减率较低，因此，采用通讯波段的光子作为信息载体能有效增加量子网络的规模。量子节点，包含多个量子比特；图2为相关技术中量子节点的示意图，如图2所示，量子节点中包含的量子比特分为数据量子比特和辅助量子比特；其中，数据量子比特主要负责量子信息的存储和处理；辅助量子比特主要负责实现量子节点之间的连接，连接的本质是建立不同量子节点中辅助量子比特之间的纠缠态；通常使用光子作为媒介来实现。量子节点中包含的量子比特一般要求具有较长的寿命和相干时间，用于获得量子节点中量子比特的常用系统包括：囚禁离子、超导电路、中性原子(或者原子团)、金刚石氮空穴系统等。
建立量子节点之间连接的方法可分为两类：第一类方法涉及到一个光子，首先在一个量子节点内实现辅助量子比特与光子之间的纠缠，然后将光子通过量子信道传送至另外一个量子节点，在该量子节点内将光子的状态转移至辅助量子比特。第二类方法涉及到两个光子，首先在两个量子节点内分别实现辅助量子比特与光子之间的纠缠，然后将两个光子通过量子信道传送至两个量子比特之间的一个点，对这两个光子进行联合测量确定是否成功建立连接。建立量子节点之间连接的关键是构建辅助量子比特与光子之间的纠缠态。构建方法又可分为概率性(probabilistic)的方法和确定性(deterministic)的方法。图3为相关技术采用概率性方法纠缠态的示意图，如图3所示，利用激光将量子比特激发到上能级|e>，随后自发辐射掉回下能级，并伴随光子的释放；量子比特掉回不同能级上时，其释放的光子具有不同的状态，如频率或者偏振不同，因此构建了量子比特与光子之间的纠缠态。图4为相关技术采用确定性方法构建纠缠态的示意图，如图4所示，借助光学谐振腔，利用两个频率的激光，同时激发(诱导)|g>→|d>和|g>→|d′>的拉曼跃迁，跃迁过程中，量子比特释放出与谐振腔腔模共振的光子，跃迁后量子比特的状态不同，所释放光子的偏振状态也不同，因此构建了量子比特与光子之间的纠缠态。
相关技术中量子网络存在串扰错误和量子信道衰减率高的问题；其中，串扰错误是指构建量子节点之间的连接时，对辅助量子比特的操作会干扰到数据量子比特，造成数据量子比特上信息丢失；特别地，在概率性的构建量子比特与光子之间的纠缠态时，对辅助量子比特需要重复进行大量的“共振激发-自发辐射”过程，这些过程涉及到的共振光子会被附近的数据量子比特吸收，造成数据量子比特上的退相干，使得存储在数据量子比特上的信息丢失。串扰错误主要有两种方案，一种方案是采用不同种类的原子或者同位素作为数据量子比特和辅助量子比特，此时数据量子比特和辅助量子比特具有不同的能级结构，不会相互影响，从而避免发生串扰错误；该方案增加了系统复杂度，降低了辅助量子比特与数据量子比特之间量子逻辑门的保真度；辅助量子比特位置随机不可控制。另一种方案是对量子比特进行空间移动，增加辅助量子比特与数据量子比特之间的空间距离，从而减小他们之间的相互影响；该方案的主要缺点是量子比特在移动的过程中可能会引起加热，降低系统性能或者需要引入额外的冷却机制。量子信道衰减率高是由于所选原子种类的限制，相关技术中用于传递信息的光子的波长通常在紫外光波段、可见光或者近红外光波段，这些波段的光子在光纤中的衰减率高，因此无法有效地进行远距离传播；量子信道衰减率高会阻碍量子网络规模的扩展。
设计一种可避免串扰错误问题和量子信道衰减率高的量子网络，成为量子计算的一个迫切需求。
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构建纠缠态的方法、装置、实现节点连接的方法及装置，能够避免量子网络设计中的串扰错误和量子信道衰减率高的问题。
本发明实施例提供了一种构建纠缠态的方法，包括：
获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
其中，所述辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，所述离子包含所述第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；所述第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；所述第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在所述第一能级组上的跃迁与在所述第二能级上的跃迁互不干扰。
一种实现节点连接的方法，包括：
获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
对来自两个需要建立连接的量子节点的光子，进行双光子状态的联合测量，以确定量子节点间连接的建立是否成功；
其中，所述辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，所述离子包含所述第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；所述数据量子比特处于所述第二能级；所述第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；所述第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在所述第一能级组上的跃迁与在所述第二能级上的跃迁互不干扰；所述量子节点中包含：构建纠缠态的辅助量子比特。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述构建纠缠态的方法。
再一方面，本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，所述存储器中保存有计算机程序；其中，
处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述构建纠缠态的方法。
还一方面，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实现节点连接的方法。
还一方面，本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，所述存储器中保存有计算机程序；其中，
处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述实现节点连接的方法。
还一方面，本发明实施例还提供一种构建纠缠态的装置，包括：获取单元和激发单元；其中，
获取单元设置为：获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发单元设置为：激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
其中，所述辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，所述离子包含所述第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；所述第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；所述第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在所述第一能级组上的跃迁与在所述第二能级上的跃迁互不干扰。
还一方面，本发明实施例还提供一种实现节点连接的装置，包括：获取单元、激发单元和测量处理单元；其中，
获取单元设置为：获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发单元设置为：激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
测量处理单元设置为：对来自两个需要建立连接的量子节点的光子，进行双光子状态的联合测量，以确定量子节点间连接的建立是否成功；
其中，所述辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，所述离子包含所述第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；所述数据量子比特处于所述第二能级；所述第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；所述第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在所述第一能级组上的跃迁与在所述第二能级上的跃迁互不干扰；所述量子节点中包含：构建纠缠态的辅助量子比特。
本申请包括：获得处于第一能级组的辅助量子比特；激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；其中，辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，离子包含第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在第一能级组上的跃迁与在第二能级上的跃迁互不干扰。本发明实施例采用同一种离子作为数据量子比特与辅助量子比特，使用处于第一能级组的离子构建纠缠态，由于用于执行数据存储操作的第二能级的跃迁与第一能级组的跃迁互不干扰，在有效消除串扰的同时降低了系统复杂度，确保了数据量子比特与辅助量子比特之间量子逻辑门的保真度。
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为相关技术中的量子网络的组成框图；
图2为相关技术中量子节点的示意图；
图3为相关技术采用概率性方法构建纠缠态的示意图；
图4为相关技术采用确定性方法构建纠缠态的示意图；
图5为本发明实施例构建纠缠态的方法的流程图；
图6为本发明实施例实现节点连接的方法的流程图；
图7为本发明实施例构建纠缠态的装置的结构框图；
图8为本发明实施例实现节点连接的装置的结构框图；
图9为本发明实施例原子能级示意图；
图10为本发明另一实施例原子能级示意图。
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5为本发明实施例构建纠缠态的方法的流程图，如图5所示，包括：
步骤501、获得处于第一能级组的辅助量子比特；
在一种示例性实例中，本发明实施例中的辅助量子比特原始状态所处能级可能处于第一能级组，也可能不处于第一能级组；不处于第一能级组时，可以采用相关技术将辅助量子比特转移至第一能级组；在一种示例性实例中，本发明实施例方法包括：利用单量子比特寻址，将辅助量子比特转移至第一能级组。
步骤502、激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
其中，辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，离子包含第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级；第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在第一能级组上的跃迁与在第二能级上的跃迁互不干扰。
在一种示例性实例中，本发明实施例中第一能级组包括由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级时，跃迁包括构建辅助量子比特和光子纠缠态所需的跃迁。
需要说明的是，本发明实施例离子包括：中性原子或带电离子；第一预设倍数和第二预设倍数可以由本领域技术人员设定；例如、10的三次方倍。
本发明实施例量子比特在第一能级组上的跃迁与在第二能级上的跃迁互不干扰包括：辅助量子比特在第一能级组上的跃迁、与数据量子比特在第二能级上的跃迁互不干扰。
本申请包括：获得处于第一能级组的辅助量子比特；激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；其中，辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，离子包含第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在第一能级组上的跃迁与在第二能级上的跃迁互不干扰。本发明实施例采用同一种离子作为数据量子比特与辅助量子比特，使用处于第一能级组的离子构建纠缠态，由于用于执行数据存储操作的第二能级的跃迁与第一能级组的跃迁互不干扰，在有效消除串扰的同时降低了系统复杂度，确保了数据量子比特与辅助量子比特之间量子逻辑门的保真度。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一能级组包括用于执行构建量子节点间连接的操作的两个以上子能级；
在一种示例性实例中，本发明实施例量子比特在第一能级组的上跃迁与在第二能级上的跃迁互不干扰，包括：对辅助量子比特执行第一操作促使辅助量子比特在第一能级组上跃迁时，第一操作不对数据量子比特造成量子态变化，并且辅助量子比特不会跃迁至第二能级；对数据量子比特执行第二操作促使数据量子比特在第二能级上跃迁时，第二操作不对辅助量子比特造成量子态变化。在一种示例性实例中，本发明实施例数据量子比特和辅助量子比特可以参照相关技术进行选定；
在一种示例性实例中，激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁之前，本发明实施例方法还包括：
获得处于第二能级的数据量子比特。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的数据量子比特原始状态所处能级可能处于第二能级，也可能不处于第二能级；不处于第二能级时，可以采用相关技术将数据量子比特跃迁至第二能级；在一种示例性实例中，本发明实施例方法包括：利用单量子比特寻址，将数据量子比特跃迁至第二能级。本发明实施例借助单量子比特寻址，实现了辅助量子比特和/或数据量子比特的位置和数量自主可控，增加了系统灵活性；避免了对量子比特进行空间移动所导致的加热问题。
在一种示例性实例中，激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁之后，本发明实施例方法还包括：
确定光子是否处于通讯波段；
光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段。
在一种示例性实例中，本发明实施例在确定离子之后，根据离子及第一能级组确定光子是否处于通讯波段。
本发明将光子转换至通讯波段，通过通讯波段的光子减小了量子信道的衰减率，有助于大规模量子网络的建立。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的离子包括：
钙的同位素离子、钡的同位素离子或镱的同位素离子。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述构建纠缠态的方法。
本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，存储器中保存有计算机程序；其中，
处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
计算机程序被处理器执行时实现如上述构建纠缠态的方法。
图6为本发明实施例实现节点连接的方法的流程图，如图6所示，包括：
步骤601、获得处于第一能级组的辅助量子比特；
步骤602、激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
步骤603、对来自两个需要建立连接的量子节点的光子，进行双光子状态的联合测量，以确定量子节点间连接的建立是否成功；
其中，辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，离子包含第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；数据量子比特处于第二能级；第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在第一能级组上的跃迁与在第二能级上的跃迁互不干扰；量子节点中包含：构建纠缠态的辅助量子比特。
在一种示例性实例中，执行步骤603确定量子节点间连接建立成功时，完成量子节点连接的建立操作；步骤603确定量子节点间连接未建立成功时，参照相关原理，返回至步骤602，直至量子节点间的连接建立成功。
在一种示例性实例中，进行双光子状态的联合测量之前，本发明实施例方法还包括：
通过量子信道，将光子传送至处于两个量子节点之间的测量设备处。
在一种示例性实例中，将光子传送至处于两个量子节点之间的测量设备处之前，本发明实施例方法还包括：
判断光子是否处于通讯波段；
光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段。
本发明实施例采用同一种离子作为数据量子比特与辅助量子比特，使用处于第一能级组的离子构建纠缠态，由于用于执行数据存储操作的第二能级的跃迁与第一能级组的跃迁互不干扰，在有效消除串扰的同时降低了系统复杂度，确保了数据量子比特与辅助量子比特之间量子逻辑门的保真度。
在一种示例性实例中，激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁之前，本发明实施例方法还包括：
获得处于第二能级的数据量子比特。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的数据量子比特原始状态所处能级可能处于第二能级，也可能不处于第二能级；不处于第二能级时，可以采用相关技术将数据量子比特跃迁至第二能级；在一种示例性实例中，本发明实施例方法包括：利用单量子比特寻址，将数据量子比特跃迁至第二能级。
本发明实施例借助单量子比特寻址，实现了辅助量子比特和/或数据量子比特的位置和数量自主可控，增加了系统灵活性；避免了对量子比特进行空间移动所导致的加热问题。
在一种示例性实例中，激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁之后，本发明实施例方法还包括：
确定光子是否处于通讯波段；
光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段。
在一种示例性实例中，本发明实施例在确定离子之后，根据离子及第一能级组确定光子是否处于通讯波段。
本发明将光子转换至通讯波段，通过通讯波段的光子减小了量子信道的衰减率，有助于大规模量子网络的建立。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的离子包括：
钙的同位素离子、钡的同位素离子或镱的同位素离子。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实现节点连接的方法。
本发明实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，存储器中保存有计算机程序；其中，
处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
计算机程序被处理器执行时实现如上述实现节点连接的方法。
图7为本发明实施例构建纠缠态的装置的结构框图，如图7所示，包括：获取单元和激发单元；其中，
获取单元设置为：获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发单元设置为：激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
其中，辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，离子包含第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在第一能级组上的跃迁与在第二能级上的跃迁互不干扰。
本发明实施例采用同一种离子作为数据量子比特与辅助量子比特，使用处于第一能级组的离子构建纠缠态，由于用于执行数据存储操作的第二能级的跃迁与第一能级组的跃迁互不干扰，在有效消除串扰的同时降低了系统复杂度，确保了数据量子比特与辅助量子比特之间量子逻辑门的保真度。
在一种示例性实例中，本发明实施例获取单元还设置为：
获得处于第二能级的数据量子比特。
在一种示例性实例中，本发明实施例装置还包括转换单元，设置为：
确定光子是否处于通讯波段；
判断光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的离子包括：
钙的同位素离子、钡的同位素离子或镱的同位素离子。
图8为本发明实施例实现节点连接的装置的结构框图，如图8所示，包括：获取单元、激发单元和测量处理单元；其中，
获取单元设置为：获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发单元设置为：激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
测量处理单元设置为：对来自两个需要建立连接的量子节点的光子，进行双光子状态的联合测量，以确定量子节点间连接的建立是否成功；
其中，辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，离子包含第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；数据量子比特处于第二能级；第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在第一能级组上的跃迁与在第二能级上的跃迁互不干扰；量子节点中包含：构建纠缠态的辅助量子比特。
本发明实施例采用同一种离子作为数据量子比特与辅助量子比特，使用处于第一能级组的离子构建纠缠态，由于用于执行数据存储操作的第二能级的跃迁与第一能级组的跃迁互不干扰，在有效消除串扰的同时降低了系统复杂度，确保了数据量子比特与辅助量子比特之间量子逻辑门的保真度。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一能级组包括用于执行构建量子节点间连接的操作的两个以上子能级；
在一种示例性实例中，本发明实施例获取单元还设置为：
获得处于第二能级的数据量子比特。
在一种示例性实例中，本发明实施例装置还包括转换单元，设置为：
确定光子是否处于通讯波段；
判断光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的离子包括：
钙的同位素离子、钡的同位素离子或镱的同位素离子。
以下通过应用示例对本发明实施例进行简要说明，应用示例仅用于陈述本发明实施例，并不用于限定本发明的保护范围。
应用示例
以下以原子为钙-40离子和钡-137离子作为示例，分别对本发明实施例进行说明：
图9为本发明实施例原子能级示意图，如图9所示，图中的原子为钙-40离子；钙-40离子具有以下三个长寿命能级：基态能级42S1/2、亚稳态能级32D3/2和32D5/2。根据以下原则选定第一能级组和第二能级：对处于第一能级组的原子在执行操作发生跃迁时，操作不对处于第二能级的原子造成量子态变化；对第二能级的原子在执行操作发生跃迁时，操作不对处于第一能级组的原子造成量子态变化；第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁。本发明实施例对钙-40离子，选择亚稳态能级32D5/2作为第二能级；选择基态能级42S1/2、亚稳态能级32D3/2和上能级42P1/2作为第一能级组，亚稳态能级32D3/2和上能级42P1/2之间的跃迁属于近红外波段，其波长是866纳米(nm)，可以高效率地进行频率转换，使频率转换后获得的光子处于通讯波段。本发明实施例构建量子节点之间的连接时，先利用单量子比特寻址系统，选择数据量子比特，将其相干转移至第二能级32D5/2；然后通过概率性或者确定性的方法，激发辅助量子比特在42S1/2、42P1/2、32D3/2能级之间的跃迁，收集辅助量子比特在能级跃迁过程中所释放的866nm或者397nm的光子；之后，对上述光子进行频率转换，获得处于通讯波段的光子；最后，将处于通讯波段的光子通过量子信道传送到两个量子比特之间，用以建立量子节点之间的连接。
图10为本发明另一实施例原子能级示意图，如图10所示，图中的原子为钡-137离子，钡-137离子具有以下三个长寿命能级：基态能级62S1/2、亚稳态能级52D3/2和52D5/2。选择亚稳态能级52D5/2作为第二能级；选择基态能级62S1/2、亚稳态能级52D3/2和上能级62P1/2作为第一能级组。构建量子节点之间的连接时，先利用单量子比特寻址系统选择数据量子比特，将数据量子比特相干转移至第二能级52D5/2；然后通过概率性或者确定性的方法，激发辅助量子比特在62S1/2、62P1/2和52D3/2能级之间的跃迁，收集该跃迁过程中所释放的650nm或者493nm的光子；之后，对上述光子进行频率转换，获得处于通讯波段的光子；最后，将处于通讯波段的光子通过量子信道传送到两个量子比特之间，用以建立量子节点之间的连接。
本发明上述实施例以钙-40离子和镱-137离子为例对本发明实施例进行阐述，钙-40离子和镱-137离子仅是本发明实施例的示例，其它类型的离子或者中性原子，只要符合本发明实施例对原子、长寿命能级的限定要求，均可以应用于本发明实施例。
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 (9)
1.一种构建纠缠态的方法，包括：
获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
确定光子是否处于通讯波段，并在确定光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段；
其中，所述辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，所述离子包含所述第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；所述第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，所述达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；所述第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在所述第一能级组上的跃迁与在所述第二能级上的跃迁互不干扰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁之前，所述方法还包括：
获得处于所述第二能级的所述数据量子比特。
3.根据权利要求1～2任一项所述的方法，其特征在于，所述离子包括：
钙的同位素离子、钡的同位素离子或镱的同位素离子。
4.一种实现节点连接的方法，包括：
获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
确定光子是否处于通讯波段，并在光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段；
对来自两个需要建立连接的量子节点的光子，进行双光子状态的联合测量，以确定量子节点间连接的建立是否成功；
其中，所述辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，所述离子包含所述第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；所述数据量子比特处于所述第二能级；所述第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；所述第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在所述第一能级组上的跃迁与在所述第二能级上的跃迁互不干扰；所述量子节点中包含：构建纠缠态的辅助量子比特。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进行双光子状态的联合测量之前，所述方法还包括：
通过量子信道，将所述光子传送至处于两个所述量子节点之间的测量设备处。
6.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～3中任一项所述的构建纠缠态的方法，或如权利要求4～5中任一项所述的实现节点连接的方法。
7.一种终端，包括：存储器和处理器，所述存储器中保存有计算机程序；其中，
处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1～3中任一项所述的构建纠缠态的方法，或如权利要求4～5中任一项所述的实现节点连接的方法。
8.一种构建纠缠态的装置，包括：获取单元、激发单元和转换单元；其中，
获取单元设置为：获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发单元设置为：激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
转换单元设置为：确定光子是否处于通讯波段，并在光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段；
其中，所述辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，所述离子包含所述第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；所述第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；所述第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在所述第一能级组上的跃迁与在所述第二能级上的跃迁互不干扰。
9.一种实现节点连接的装置，包括：获取单元、激发单元和测量处理单元；其中，
获取单元设置为：获得处于第一能级组的辅助量子比特；
激发单元设置为：激发辅助量子比特在第一能级组间跃迁，以构建辅助量子比特和光子之间的纠缠态；
转换单元设置为：确定光子是否处于通讯波段，并在光子未处于通讯波段时，将光子频率转换至处于通讯波段；
测量处理单元设置为：对来自两个需要建立连接的量子节点的光子，进行双光子状态的联合测量，以确定量子节点间连接的建立是否成功；
其中，所述辅助量子比特和数据量子比特属于同一种离子，所述离子包含所述第一能级组和用于执行数据存储操作的第二能级；所述数据量子比特处于所述第二能级；所述第一能级组包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的第一长寿命能级和由第一长寿命能级跃迁达到的相关能级，达到相关能级的跃迁包括：在建立辅助量子比特和光子之间纠缠态时所需要的跃迁；所述第二能级包括：能级寿命大于第二预设倍数的量子操作时长的第二长寿命能级；量子比特在所述第一能级组上的跃迁与在所述第二能级上的跃迁互不干扰；所述量子节点中包含：构建纠缠态的辅助量子比特。
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