CN114171368B - 离子阱驱动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的离子阱驱动系统及其控制方法，涉及量子计算领域，通过分别获取离子阱驱动系统中各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的信噪比，得到第一信噪比集合，根据该第一信噪比集合中各个信噪比的数值，选择该离子阱驱动系统中相应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路，提高了提高了离子阱驱动系统的稳定性及输出的驱动信号的质量。

Description

离子阱驱动系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，具体涉及一种离子阱驱动系统及其控制方法。

背景技术

在量子计算领域，噪声稳定的离子阱驱动电路通常由射频振荡器、谐振器、功率放大器等组成，容易受到增益波动、温度漂移等因素的影响。离子阱对这些因素特别敏感，因为射频电位直接决定了被捕获离子的谐波振荡频率。稳定的离子阱驱动电路对于量子信息处理和量子状态的制备、原子干涉测量等应用来说至关重要。

当前的离子阱驱动系统主要由单个离子阱驱动电路构成，当单个离子阱驱动电路中某个模块损坏时，离子阱驱动系统将停止工作。当单个离子阱电路中某个模块受到外界干扰，出现短暂异常时，离子阱驱动系统也会出现短暂异常，因此，当前还需要克服这些问题，以提升离子阱驱动系统的稳定性。

针对由多个离子阱驱动电路组构成的离子阱驱动系统，需要各个离子阱驱动电路进行合理地选择及合路，以输出低噪声的驱动信号。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了一种离子阱驱动系统及其控制方法，以解决现有技术存在的缺陷。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的离子阱驱动系统及其控制方法包括以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供的离子阱驱动系统包括：

N个离子阱驱动电路，用于为离子阱提供驱动信号，其中，N为自然数且大于或等于2。

各个离子阱驱动电路之间为并联关系。

信号源，分别与各个所述离子阱驱动电路连接，用于分别为各个所述离子阱驱动电路提供单频率的微波信号。

作为第一方面一个优选的实施方式，各个离子阱驱动电路均包括射频振荡器、数字控制器、混频器、功率放大器、谐振器、电容分压器及整流器。

第二方面，本发明实施例提供的离子阱驱动系统的控制方法包括以下步骤：

分别获取第一方面所述的离子阱驱动系统中各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的信噪比，得到第一信噪比集合。

根据所述第一信噪比集合中各个信噪比的数值，选择所述离子阱驱动系统中相应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

作为第二方面一个优选的实施方式，根据所述第一信噪比集合中各个信噪比的数值，选择所述离子阱驱动系统中相应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路包括：

判断所述第一信噪比集合中是否存在数值低于设定的第一阈值的信噪比，若存在，则去除所述信噪比，得到第二信噪比集合并舍弃所述信噪比对应的离子阱驱动电路，得到相应的离子阱驱动系统。

作为第二方面一个优选的实施方式，在舍弃所述信噪比对应的离子阱驱动电路，得到相应的离子阱驱动系统之后，所述方法还包括：

判断所述第二信噪比集合中数值最大的信噪比是否小于设定的第二阈值；

若所述第二信噪比集合中数值最大的信噪比小于设定的第二阈值，则对所述离子阱驱动系统中的各个离子阱驱动电路进行合路，将合路后的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

作为第二方面一个优选的实施方式，判断所述第二信噪比集合中数值最大的信噪比是否小于设定的第二阈值包括：

若所述第二信噪比集合中数值最大的信噪比不小于所述第二阈值，则选择数值小于所述第二阈值且与所述第二阈值的差的绝对值最小的信噪比对应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

作为第二方面一个优选的实施方式，在舍弃所述信噪比对应的离子阱驱动电路，得到相应的离子阱驱动系统之后，所述方法还包括：

判断所述第二信噪比集合中数值最小的信噪比是否大于设定的第二阈值；

若所述第二信噪比集合中数值最小的信噪比大于设定的第二阈值，则选择数值最小的信噪比对应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路并对离子阱驱动电路输出信号的强度进行衰减。

作为第二方面一个优选的实施方式，对所述离子阱驱动系统中的各个离子阱驱动电路进行合路包括：

根据所述第二阈值，确定各个所述离子阱驱动电路需要输出的驱动信号的幅度；

将各个所述离子阱驱动电路输出的驱动信号当前的幅度调整为相应的幅度。

作为第二方面一个优选的实施方式，根据所述第二阈值的数值，确定各个所述离子阱驱动电路需要输出的驱动信号的幅度包括：

采用泰勒级数展开算法，确定各个所述离子阱驱动电路需要输出的驱动信号的幅度，使得合路后的离子阱驱动系统输出的驱动信号的信噪比不大于所述第二阈值。

第三方面，本发明实施例提供的离子阱驱动系统的控制系统包括：

获取模块，被配置为分别获取第一方面所述的离子阱驱动系统中各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的信噪比，得到第一信噪比集合；

选择模块，被配置为根据所述第一信噪比集合中各个信噪比的数值，选择所述离子阱驱动系统中相应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

本发明实施例提供的离子阱驱动系统及其控制方法具有以下有益效果：

（1）通过采用多个并联的离子阱驱动电路，提供冗余机制，实现了当单个离子阱驱动电路出现问题时，离子阱驱动系统能够保持正常工作状态，提高了离子阱驱动系统的稳定性；

（2）根据各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的信噪比，选择相应的离子阱驱动电路作为驱动信号输出电路，提高了离子阱驱动系统输出的驱动信号的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的离子阱驱动系统结构示意图。

图2为本发明实施例提供的离子阱驱动系统的控制方法流程示意图。

图3为本发明实施例提供的离子阱驱动系统的控制系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供的离子阱驱动系统包括N个离子阱驱动电路，用于为离子阱提供驱动信号，其中，N为自然数且大/等于2。

具体地，可以通过公式

，确定离子阱驱动系统中离子阱驱动电路的个数N。其中，P ₁为各个离子阱驱动电路出差错的概率，P ₂为离子阱驱动系统预先设定的不出差错的概率。

各个离子阱驱动电路之间为并联关系。

信号源，分别与各个离子阱驱动电路连接，用于为各个离子阱驱动电路提供单频率的微波信号。

具体地，信号源一般是由晶振及数模电路组成的信号发生器。

可选地，各个离子阱驱动电路均包括射频振荡器、数字控制器、混频器、功率放大器、谐振器、电容分压器及整流器。

其中，数字控制器用于控制微波信号的幅度、相位及频率，射频振荡器用于制备待混频的信号，混频器用于将信号源制备的微波信号与射频振荡器制备的信号相乘以提高微波信号的频率，功率放大器用于放大信号的功率，谐振器用于电路匹配，电容分压器用于将功率放大器的输出电压分压以从中采样较小电压作判断和反馈处理，整流器用于将交流电转为直流电。

实施例2

如图2所示，本发明实施例提供的离子阱驱动系统的控制方法包括以下步骤：

S101，分别获取离子阱驱动系统中各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的信噪比，得到第一信噪比集合。

S102，根据该第一信噪比集合中各个信噪比的数值，选择该离子阱驱动系统中相应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

可选地，步骤S102具体包括：

判断第一信噪比集合中是否存在数值低于设定的第一阈值的信噪比，若存在，则去除该信噪比，得到第二信噪比集合并舍弃所述信噪比对应的离子阱驱动电路，得到相应的离子阱驱动系统。

具体地，当某个离子阱驱动电路的输出信号的信噪比小于10dB时，说明该离子阱驱动电路的输出信号接近其本底噪声，该输出信号完全不可用，弃用相应的离子阱驱动电路。

可选地，在舍弃所述信噪比对应的离子阱驱动电路，得到相应的离子阱驱动系统之后，该方法还包括：

判断第二信噪比集合中数值最大的信噪比是否小于设定的第二阈值。

具体地，第二阈值为30dB。

若该第二信噪比集合中数值最大的信噪比小于设定的第二阈值，则对该离子阱驱动系统中的各个离子阱驱动电路进行合路，将合路后的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

可选地，该步骤具体包括：

根据第二阈值的数值，确定各个离子阱驱动电路需要输出的驱动信号的幅度。

可选地，该步骤具体包括：

采用泰勒级数展开算法，确定各个离子阱驱动电路需要输出的驱动信号的幅度，使得合路后的离子阱驱动系统输出的驱动信号的信噪比不大于第二阈值。

具体地，采用泰勒级数展开算法，确定各个离子阱驱动电路需要输出的驱动信号的幅度包括以下步骤：

S201，获取合路后的离子阱驱动系统输出的驱动信号的信噪比。

具体地，离子阱驱动系统输出的驱动信号的信噪比可通过频谱仪直接测量获得。

S202，根据泰勒线元法，确定叠加后的驱动信号的幅度值为零时，各个驱动信号对应的时间点。

S203，根据该时间点，计算各个驱动信号的电流，其中，各个驱动信号的电流计算公式如下：

，其中：

，n 为当前离子阱驱动电路的编号，N为离子阱驱动系统中离子阱驱动电路的总数，s表示驱动信号对应的时间点，

表示驱动信号的波长，L为与离子阱驱动系统中的驱动电路的总数成正的常数，

为变量且

。

S204，根据该时间点下各个驱动信号的电流，将各个离子阱驱动电路输出的驱动信号当前的幅度调整为相应的幅度。

具体地，将各个驱动信号的电流成比例映射至相应各个驱动信号的幅度上。即将各个驱动信号的电流的乘上相应的数值，即可得到相应的各个驱动信号的幅度。

具体地，当需要对驱动信号进行叠加时，需要确定各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的幅度，不同的幅度表示各路驱动信号叠加时的比例。

若该第二信噪比集合中数值最大的信噪比不小于第二阈值，则选择数值小于第二阈值且与第二阈值的差的绝对值最小的信噪比对应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

可选地，在舍弃信噪比对应的离子阱驱动电路，得到相应的离子阱驱动系统之后，该方法还包括：

判断第二信噪比集合中数值最小的信噪比是否大于设定的第二阈值；

若第二信噪比集合中数值最小的信噪比大于设定的第二阈值，则选择数值最小的信噪比对应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路并对离子阱驱动电路输出信号的强度进行衰减。

具体地，当第二信噪比集合中数值最小的信噪比大于30 dB时，在离子阱驱动系统的驱动信号输出端外接衰减器，将离子阱驱动系统输出的驱动信号的强度进行衰减，使得衰减后的驱动信号的信噪比处于[10，30]范围。

实施例3

如图3所示，本发明实施例提供的离子阱驱动系统的控制系统包括：

获取模块，被配置为分别获取实施例1中的离子阱驱动系统中各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的信噪比，得到第一信噪比集合；

选择模块，被配置为根据第一信噪比集合中各个信噪比的数值，选择离子阱驱动系统中相应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本申请所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。

应当理解，在本申请实施例的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

可以理解，以上所描述的装置实施例是示意性的，例如，所述模块/单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上结合具体实施例描述了本发明公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明公开为必须采用上述具体的细节来实现。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本发明公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具 有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

可能以许多方式来实现本发明公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明公开的方法的机器可读指令。因而，本发明公开还覆盖存储用于执行根据本发明公开的方法的程序的记录介质。

还需要指出的是，在本发明公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明公开的范围。因此，本发明公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种离子阱驱动系统的控制方法，其中，离子阱驱动系统包括：

N个离子阱驱动电路，用于为离子阱提供驱动信号，其中，N为自然数且大于或等于2，

各个离子阱驱动电路之间为并联关系；信号源，分别与各个所述离子阱驱动电路连接，用于分别为各个所述离子阱驱动电路提供单频率的微波信号，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

S1分别获取所述离子阱驱动系统中各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的信噪比，得到第一信噪比集合；

S2根据所述第一信噪比集合中各个信噪比的数值，选择所述离子阱驱动系统中相应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路，包括：

S201，判断所述第一信噪比集合中是否存在数值低于设定的第一阈值的信噪比，若存在，则去除所述信噪比，得到第二信噪比集合并舍弃所述信噪比对应的离子阱驱动电路，得到相应的离子阱驱动系统；

S202，判断所述第二信噪比集合中数值最大的信噪比是否小于设定的第二阈值，包括：

S2021，若所述第二信噪比集合中数值最大的信噪比小于设定的第二阈值，则对所述离子阱驱动系统中的各个离子阱驱动电路进行合路，将合路后的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路，包括：

根据所述第二阈值，确定各个所述离子阱驱动电路需要输出的驱动信号的幅度，包括：

采用泰勒级数展开算法，确定各个所述离子阱驱动电路需要输出的驱动信号的幅度，使得合路后的离子阱驱动系统输出的驱动信号的信噪比不大于所述第二阈值；

将各个所述离子阱驱动电路输出的驱动信号当前的幅度调整为相应的幅度；

S2022，若所述第二信噪比集合中数值最大的信噪比不小于所述第二阈值，则选择数值小于所述第二阈值且与所述第二阈值的差的绝对值最小的信噪比对应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路；

S203，判断所述第二信噪比集合中数值最小的信噪比是否大于设定的第二阈值，包括：

若所述第二信噪比集合中数值最小的信噪比大于设定的第二阈值，则选择数值最小的信噪比对应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路并对离子阱驱动电路输出信号的强度进行衰减。

2.一种适配于权利要求1所述的离子阱驱动系统的控制方法的控制系统，其特征在于，包括：

获取模块，被配置为分别获取权利要求1所述的离子阱驱动系统中各个离子阱驱动电路输出的驱动信号的信噪比，得到第一信噪比集合；

选择模块，被配置为根据所述第一信噪比集合中各个信噪比的数值，选择所述离子阱驱动系统中相应的离子阱驱动电路作为最佳驱动电路。

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