CN114720763A - 可调耦合器及其校准方法和装置、量子测控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调耦合器及其校准方法和装置、量子测控系统、可读存储介质，所述校准方法不直接对可调耦合器的频率进行直接表征，通过对可调耦合器的磁通偏置(也即偏置电压以及脉冲电压)进行相应设置，完成可调耦合器的校准，并获得有效耦合处于关闭状态的可调耦合器的工作点。本发明提出的校准方法，不需要考虑如何表征可调耦合器频率的问题，故而不依赖可调耦合器工作频率的频率源，有效节省了整个硬件系统的成本。
Description
技术领域
本发明涉及量子计算技术领域，尤其是涉及一种可调耦合器及其校准方法和装置、量子测控系统、可读存储介质。
背景技术
一般地，在基于可调耦合器的超导量子比特扩展架构中，两个超导量子比特间通过一个固定的电容耦合以及一个可以调节耦合系数的可调耦合器实现耦合，可调耦合器的耦合参数可正可负，因此在实现在一定参数下，可实现完全关断耦合的效果。可调耦合器的工作原理是通过调节可调耦合器的频率，改变两个超导量子比特之间的有效耦合，进而实现隔离，或者两比特门操作。因此，在可调耦合器的研发阶段，我们需要知道有效耦合与可调耦合器的频率的精确对应关系，以实现对可调耦合器工作点的校准。
现有技术中有关如何获取可调耦合器的频率，实际上是将可调耦合器视为一个超导量子比特，对其进行能谱测量。发明人发现，现有技术中对可调耦合器的频率表征，要求额外的单腔多比特联合读取技术，并且在能谱实验中，需要有切实能够达到可调耦合器工作频率的频率源，大大提高了整个硬件系统的成本。
因此，如何在有效降低对硬件系统成本的前提下实现可调耦合器的工作点校准，成为本领域亟待解决的技术问题。
需要说明的是，公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调耦合器及其校准方法和装置、量子测控系统、可读存储介质，用于解决现有技术中直接表征可调耦合器的频率会提高硬件系统成本的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种可调耦合器的校准方法，可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特；
所述校准方法包括以下步骤：
获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率；
基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
可选地，所述基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率，包括：
获取所述第二超导量子比特的量子态处于|0>时，所述第一超导量子比特的振荡频率随所述脉冲电压变化的第二数据；
获取所述第二超导量子比特的量子态处于|1>时，所述第一超导量子比特的振荡频率随所述脉冲电压变化的第三数据；
基于所述第二数据以及所述第三数据，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的所述第一超导量子比特的频率，此时，所述第一超导量子比特的频率为所述第一频率。
可选地，所述基于所述第二数据以及所述第三数据，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的所述第一超导量子比特的频率，此时，所述第一超导量子比特的频率为所述第一频率，包括：
基于所述第二数据以及所述第三数据，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时对应的所述脉冲电压为第一脉冲电压；
获取在所述脉冲电压为所述第一脉冲电压时，所述第二数据中对应的所述第一超导量子比特的频率为所述第一频率。
可选地，在获取所述第一频率前，还包括：
基于所述第一数据，获取所述可调耦合器的简并点，并将所述偏置电压设置为简并点对应的值。
可选地，在获取所述第一频率前，还包括：
对所述两个超导量子比特进行第一次参数校准；其中，所述参数校准包括频率校准、逻辑门操作参数校准以及测量参数校准。
可选地，在将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压后，还包括：
将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>，并对另一个超导量子比特进行所述Ramsey干涉实验；
获取所述另一个超导量子比特的量子态在|0>时和|1>时振荡频率的第一差值；
判断所述第一差值是否在预设范围内；
若是，则设置此时偏置电压为所述可调耦合器的工作点；
若否，则调整所述偏置电压，并返回执行所述将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>。
可选地，所述调整偏置电压大小，包括：
基于所述第一差值的大小，利用梯度下降法，或牛顿法，或随机游走法，或进化策略法调整所述偏置电压。
可选地，在将所述两个超导量子比特中任一个的量子态分别制备到|0>和|1>前，还包括：
对所述两个超导量子比特进行第二次所述参数校准，其中，所述参数校准包括频率校准、逻辑门操作参数校准以及测量参数校准。
可选地，在所述Ramsey干涉实验的两个π/2量子逻辑门间，改变所述可调耦合器的脉冲电压。
基于同一发明构思，本发明还提出一种可调耦合器的校准装置，可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特；
所述校准装置包括：
第一数据获取单元，其被配置为获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
第一频率获取单元，其被配置为基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率；
第一偏置电压获取单元，其被配置为基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
可选地，还包括：
第一差值获取单元，其被配置为将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>，并对另一个超导量子比特进行所述Ramsey干涉实验，获取所述另一个超导量子比特的量子态在|0>时和|1>时振荡频率的第一差值；
判断单元，其被配置为判断所述第一差值是否在预设范围内；
处理单元，其被配置为若接受到来自所述判断单元的结果为所述第一差值在预设范围内，则设置此时偏置电压为所述可调耦合器的工作点；若接受到来自所述判断单元的结果为不在所述第一差值在预设范围内，则调整所述偏置电压的大小，并将调整后的所述偏置电压发送给所述第一差值获取单元，以使所述第一差值获取单元在此执行所述将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>。
基于同一发明构思，本发明还提出一种可调耦合器，所述可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特；
所述可调耦合器按照以下方法进行校准：
获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率；
基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
基于同一发明构思，本发明还提出一种量子测控系统，包括上述特征描述中所述的可调耦合器。
基于同一发明构思，本发明还提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被一处理器执行时能实现上述特征描述中任一项所述的可调耦合器的校准方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的可调耦合器的校准方法，第一步获取第一超导量子比特的频率随可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；第二步利用第二超导量子比特的量子态、可调耦合器的脉冲电压，对第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，并获取第一超导量子比特的第一频率，其中，第一频率是Ramsey干涉实验结果在所述第二超导量子比特的量子态分别处于|0>和|1>，随所述可调耦合器的脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的第一超导量子比特的频率；第三步利用第一数据以及第一频率获取相应的第一偏置电压，并将可调耦合器的偏置电压设置为第一偏置电压。此时获得的第一偏置电压即我们所需要的可调耦合器的工作点，本发明提出的校准方法中，不直接对可调耦合器的频率进行直接表征，通过对可调耦合器的磁通偏置(也即偏置电压以及脉冲电压)进行相应设置，完成可调耦合器的校准，并获得有效耦合处于关闭状态的可调耦合器的工作点。本发明提出的校准方法，不需要考虑如何表征可调耦合器频率的问题，故而不依赖可调耦合器工作频率的频率源，有效节省了整个硬件系统的成本。
本发明提出的可调耦合器的校准装置、可调耦合器、量子测控系统以及可读存储介质，与所述可调耦合器的校准方法，属于同一发明构思，因此具有相同的有益效果，在此不做赘述。
附图说明
图1为本发明实施例一提出一种可调耦合器的校准方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二提出的另一种可调耦合器的校准方法的流程示意图；
图3为本发明实施例中第一数据的示意图；
图4为本发明实施例中第二数据和第三数据的示意图；
图5为本发明实施例三提出的一种可调耦合器的校准装置的结构示意图；
其中，图5中：10-校准装置，101-第一数据获取单元，102-第一频率获取单元，103-第一偏置电压获取单元。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
为了更好地理解本申请的技术方案，以下先对本申请所涉及的Ramsey干涉实验进行简要阐述：
Ramsey干涉实验是指对一个量子比特，施加两个π/2量子逻辑门操作，两个操作的时间间隔为τ，同时在第二个π/2量子逻辑门操作后对该量子比特施加读取脉冲信号以获得量子比特的量子态分布P1(τ)，并且改变时间间隔τ以获得P1(τ)的过程。典型的Ramsey干涉实验的结果是P1(τ)是随时间间隔τ满足指数振荡衰减的数学模型如下：
在公式1中，A和B为拟合系数，T0为量子比特的退相干时间，fd为π/2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频，f0为量子比特的振荡频率，且f0与该量子比特的真实频率fq、π/2量子逻辑门操作的载频频率满足：
f0(fd)＝|fq-fd| (2)
综上所述并结合公式2，可以得到：Ramsey干涉实验的结果，也就是曲线的振荡频率等于量子逻辑门操作的载频频率以及量子比特真实频率的差值，因而Ramsey干涉实验除了能够用于获得量子比特的退相干时间以外，还能同时精确获得量子比特的真实频率。
实施例一
请参考图1，本发明实施例提出一种可调耦合器的校准方法，可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特。图1为本实施例中所述可调耦合器的校准方法的流程示意图，从图1可以看出，所述校准方法包括以下步骤：
S102：获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
S104：基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率；
S106：基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
本实施例中提出的所述校准方法，与现有技术不同之处在于，不直接对可调耦合器的频率进行直接表征，通过对可调耦合器的磁通偏置(也即偏置电压以及脉冲电压)进行相应设置，完成可调耦合器的校准，并获得可调耦合器的有效耦合处于关闭状态的工作点。本发明提出的校准方法，不需要考虑如何表征可调耦合器频率的问题，故而不依赖可调耦合器工作频率的频率源，有效节省了整个硬件系统的成本。本领域技术人员应当理解的是，所述磁通偏置包含了静态的偏置电压与动态的脉冲电压的累加结果，另外，可调耦合器的脉冲电压应当在所述Ramsey干涉实验的两个π/2量子逻辑门间时改变。
在所述步骤S102中，所述第一超导量子比特的频率可通过量子比特能谱实验获取，所述量子比特能谱测量实验是指对一个量子比特施加一个具有频率区间的读取脉冲信号，其中，所述频率区间内包括多个具有间隔的频率值。通过对该量子比特输出的信号进行处理，获得该量子比特的测量频率随所述读取脉冲信号的频率值变化的曲线，将曲线中该量子比特的测量频率最大值确定为该量子比特的频率。
请参考图3，图3为本发明实施例提出的第一数据的一种示意图，其横坐标为所述可调耦合器的偏置电压，纵坐标为所述第一超导量子比特的频率，结合图3，本领域技术人员可以理解的是，所述第一数据可以认为是一种映射关系或函数关系，这种映射关系或函数关系包含两个参数，分别为所述第一超导量子比特的频率以及所述可调耦合器的偏置电压，只要确定一个所述第一超导量子比特的频率，就可以得到对应的一个偏置电压，反之亦然。需要注意的是，图3中示出所述第一数据，仅是为了便于本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案所作出的示例性图形，并不能视为对所述第一数据的任何限定，所述第一数据的具体图形需根据实际统计情况调整，在此不做限制。
在本实施例的所述步骤104中，基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率。其中，这里提到的所述第二超导量子比特的量子态是指所述第二超导量子比特的量子态分别处于|0>以及|1>，第一频率是Ramsey干涉实验结果在所述第二超导量子比特的量子态分别处于|0>和|1>，随所述可调耦合器的脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的第一超导量子比特的频率。
具体地，所述步骤104可包括：
S1041：获取所述第二超导量子比特的量子态处于|0>时，所述第一超导量子比特的振荡频率随所述脉冲电压变化的第二数据；
S1042：获取所述第二超导量子比特的量子态处于|1>时，所述第一超导量子比特的振荡频率随所述脉冲电压变化的第三数据；
S1043：基于所述第二数据以及所述第三数据，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的所述第一超导量子比特的频率，此时，所述第一超导量子比特的频率为所述第一频率。
本领域技术人员可以理解的是，在所述步骤S1043中，利用步骤S1041中获取的第二数据以及步骤S1042中获取的第三数据，获取所述第一频率，在具体实施过程中，所述第二数据以及所述第三数据的获取先后顺序不做限制，可先获取所述第二数据再获取所述第三数据，还可先获取所述第三数据再获取所述第二数据，具体可根据实际需要来选择，在此不做限制。
进一步地，步骤S1043可具体包括：
基于所述第二数据以及所述第三数据，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时对应的所述脉冲电压为第一脉冲电压；
获取在所述脉冲电压为所述第一脉冲电压时，所述第二数据中对应的所述第一超导量子比特的频率为所述第一频率。
在步骤S1043中，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时对应的脉冲电压，由于通过Ramsey干涉实验的实验结果可精确获得量子比特的真实频率，与所述第一数据类似地，请参考图4，所述第二数据可理解为所述第二超导量子比特的量子态处于|0>时，所述第一超导量子比特的频率随可调耦合器的脉冲电压变化的一种映射关系或函数关系，此处的映射关系或函数关系中包含两个参数，分别为所述超导量子比特的量子态处于|0>时所述第一超导量子比特的频率、可调耦合器的脉冲电压，只要确定一个脉冲电压，就可以得到对应的一个所述第二超导量子比特的量子态处于|0>时所述第一超导量子比特的频率。所述第三数据可理解为所述第二超导量子比特的量子态处于|1>时，所述第一超导量子比特的频率随可调耦合器的脉冲电压变化的一种映射关系或函数关系，此处的映射关系或函数关系中包含两个参数，分别为所述超导量子比特处于量子态|1>时所述第一超导量子比特的频率、可调耦合器的脉冲电压，只要确定一个脉冲电压，就可以得到对应的一个所述第二超导量子比特的量子态处于|1>时所述第一超导量子比特的频率。
另外，步骤S1043中，请参考图4，图4为本发明实施例中提出的一种第二数据和第三数据的示意图，图4的横坐标为所述可调耦合器的脉冲电压，其纵坐标为所述第一超导量子比特的频率，图4中实线部分为所述第二超导量子比特的量子态处于|0>时所述第一超导量子比特的频率，虚线部分为所述第二超导量子比特的量子态处于|1>时所述第一超导量子比特的频率。如何利用所述第二数据和所述第三数据获取所述第一脉冲电压，可以理解为所述第二超导量子比特的量子态处于|0>时以及|1>时，所述第一超导量子比特的频率在同一脉冲电压下的变化差值，并找出该变化差值最小时对应的脉冲电压大小，并设此时的脉冲电压为所述第一脉冲电压。例如，图4当所述可调耦合器的脉冲电压为V1时，所述第一超导量子比特的频率在同一脉冲电压下的变化差值为Δf1，当所述可调耦合器的脉冲电压为V2时，所述第一超导量子比特的频率在同一脉冲电压下的变化差值为Δf2，当所述可调耦合器的脉冲电压为V3时，所述第一超导量子比特的频率在同一脉冲电压下的变化差值为Δf3。经计算比对可知，当所述可调耦合器的脉冲电压为V2时，所述第一超导量子比特的频率在同一脉冲电压下的变化差值最小，因此，可取V2为所述第一脉冲电压。利用当所述可调耦合器的脉冲电压为V2，并且所述第二量子比特的量子态处于|0>时，所述第一超导量子比特的频率可以通过Ramsey干涉实验的结果中的振荡频率校准，也即利用当所述可调耦合器的脉冲电压为V2，并且所述第二量子比特的量子态处于|0>时的第二数据，获取所述第一脉冲对应的所述第一超导量子比特的频率(也即所述第一频率)。需要注意的是，图4中示出所述第二数据以及第三数据，仅是为了便于本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案所作出的示例性图形，并不能视为对所述第二数据和第三数据的任何限定，所述第二数据和所述第三数据的具体图形需根据实际统计情况调整，在此不做限制。
需要注意的是，在获取所述第一频率前，还可进行以下步骤：
基于所述第一数据，获取所述可调耦合器的简并点，并将所述偏置电压设置为简并点对应的值。
可以理解的是，在本发明实施例中，在获取所述第一频率前将所述偏置电压设置在简并点上是为了便于后续步骤需要的基准参数，并非意味着必须要在获取所述第一频率前将所述偏置电压设置在简并点上，在其它实施例中，还可将所述偏置电压设置在其它位置上，在此不做限制。
可选地，在所述获取第一频率前，还可执行以下步骤：
S101：对所述两个超导量子比特进行第一次参数校准；其中，所述参数校准包括频率校准、逻辑门操作参数校准以及测量参数校准。
步骤S101和步骤S102没有先后顺序，也即可先执行步骤S101再执行步骤S102，也可先执行步骤S102再执行步骤S101，在此不做限制，只要能保持可调耦合器的偏置电压在步骤S101和步骤S104时一致即可。所述参数校准中的频率校准可通过能谱实验或Ramsey干涉实验进行校准，所述逻辑门操作参数校准是指对用于量子比特的调控信号进行校准，所述测量参数校准是指对量子比特进行测量的谐振腔的参数进行校准。
实施例二
发明人发现，在利用实施例一中提供的校准方法对可调耦合器进行校准后，可得出所述第一偏置电压，但是由于可调耦合器的畸变或者是一些其它外部因素的影响，实施例一得出的所述第一偏置电压与我们希望可调耦合器的工作点间会存在误差。因此，需要对所述第一偏置电压进行进一步校准，以提高可调耦合器的校准精度。
基于上述发现，本实施例主要是针对实施例一中获取的所述第一偏置电压的进一步校准。需要注意的是，本实施例中，在获取所述第一偏置电压之前的步骤均可参考实施例一中示出的方案，在此不做赘述。请参考图2，图2为本实施例提出的校准方法的流程示意图，通过图2可以看出，本实施例的具体方案如下：
S108：将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>，并对另一个超导量子比特进行所述Ramsey干涉实验；
S110：获取所述另一个超导量子比特的量子态在|0>时和|1>时振荡频率的第一差值；
S112：判断所述第一差值是否在预设范围内；
S114：若是，则设置此时偏置电压为所述可调耦合器的工作点；
S116：若否，则调整所述偏置电压，并返回执行所述将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>。
通过本实施例提出的校准方法，对所述第一偏置电压进行进一步的校准，可以提高可调耦合器的校准精度，完成可调耦合器磁通偏置的设置，使得此时两个超导量子比特之间的有效耦合处于我们需要的关断状态，并且该校准方法的实施成本低，易于扩展。
进一步地，在步骤S116中，若判断出所述第一差值超出预设的范围，则需要相应地调整偏置电压大小，有关如何调整偏置电压大小，本实施例中给出以下几种方法：基于所述第一差值的大小，可利用梯度下降法，或牛顿法，或随机游走法，或进化策略法调整所述偏置电压。以下对这几种方法进行简要介绍，梯度下降法的计算过程就是沿梯度下降的方向求解极小值(也可以沿梯度上升方向求解极大值)。梯度方向我们可以通过对函数求导得到，步长的确定比较麻烦，太大了的话可能会发散，太小收敛速度又太慢。一般确定步长的方法是由线性搜索算法来确定。因为一般情况下，梯度向量为0的话说明是到了一个极值点，此时梯度的幅值也为0。而采用梯度下降算法进行最优化求解时，算法迭代的终止条件是梯度向量的幅值接近0即可，可以设置个非常小的常数阈值。
牛顿法是二阶收敛，梯度下降是一阶收敛，所以牛顿法就更快。如果更通俗地说的话，比如你想找一条最短的路径走到一个盆地的最底部，梯度下降法每次只从你当前所处位置选一个坡度最大的方向走一步。牛顿法在选择方向时，不仅会考虑坡度是否够大，还会考虑你走了一步之后，坡度是否会变得更大。所以，可以说牛顿法比梯度下降法看得更远一点，能更快地走到最底部。比较可知牛顿法的目光更加长远，所以少走弯路；相对而言，梯度下降法只考虑了局部的最优，没有全局思想。
随机游走法是局部搜索算法中最简单的一个，它的基本策略就是每次从当前候选解的邻居中选择一个更优的进行转移。每次随机选择一个当前解的邻域点进行比较，如果优于当前解则将该点作为新的中心。如果连续N次都找不到更优的值，则认为，最优解就在以当前最优解为中心，当前步长为半径的N维球内。此时，如果步长已经小于阈值，则结束算法；否则，令步长减半，开始新一轮游走。
进化策略法中的自然选择是按照确定方式进行的，有别于遗传算法和进化规划中的随机选择方式。进化策略法中提供了重组算子，但进化策略中的重组不同于遗传算法中的交换。即它不是将个体的某一部分互换，而是使个体中的每一位发生结合，新个体中的每一位都包含有两个旧个体中的相应信息。
当然，除了本实施例中列举出来的这几种方法来调整偏置电压外，还有很多其它的方法供选择，在此不一一赘述。另外，在对偏置电压进行调整时，除了可以选择这些方法中的某一个进行处理外，还可选择结合多种方法的方式来进行处理，在此不做限制，可根据实际需要来选择。
可选地，在将所述两个超导量子比特中任一个的量子态分别制备到|0>和|1>前，还包括：
对所述两个超导量子比特进行第二次所述参数校准，具体的，对所述两个超导量子比特的频率进行二次校准。
实施例三
基于同一发明构思，本实施例提出一种可调耦合器的校准装置10，可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特；
请参考图5，所述校准装置10包括：
第一数据获取单元101，其被配置为获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
第一频率获取单元102，其被配置为获取第一频率，所述第一频率为所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果在所述第二超导量子比特的量子态分别处于|0>和|1>，随所述可调耦合器的脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的所述第一超导量子比特的频率；
第一偏置电压获取单元103，其被配置为基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
可以理解的是，所述第一数据获取单元101、所述第一频率获取单元102以及所述第一偏置电压获取单元103可以合并在一个装置中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个子模块，或者，所述第一数据获取单元101、所述第一频率获取单元102以及所述第一偏置电压获取单元103中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个功能模块中实现。根据本发明的实施例，所述第一数据获取单元101、所述第一频率获取单元102以及所述第一偏置电压获取单元103中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以以对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式的适当组合来实现。或者，所述第一数据获取单元101、所述第一频率获取单元102以及所述第一偏置电压获取单元103中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该程序被计算机运行时，可以执行相应模块的功能。
具体地，所述可调耦合器的校准装置还可包括：
第一差值获取单元，其被配置为将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>，并对另一个超导量子比特进行所述Ramsey干涉实验，获取所述另一个超导量子比特的量子态在|0>时和|1>时振荡频率的第一差值；
判断单元，其被配置为判断所述第一差值是否在预设范围内；
处理单元，其被配置为若接受到来自所述判断单元的结果为所述第一差值在预设范围内，则设置此时偏置电压为所述可调耦合器的工作点；若接受到来自所述判断单元的结果为不在所述第一差值在预设范围内，则调整所述偏置电压的大小，并将调整后的所述偏置电压发送给所述第一差值获取单元，以使所述第一差值获取单元在此执行所述将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>。
实施例四
基于同一发明构思，本实施例提出一种可调耦合器，所述可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特；
所述可调耦合器按照以下方法进行校准：
获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
获取第一频率，所述第一频率为所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果在所述第二超导量子比特的量子态分别处于|0>和|1>，随所述可调耦合器的脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的所述第一超导量子比特的频率；
基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
基于同一发明构思，本实施例还提出一种量子测控系统，包括上述特征描述中所述的可调耦合器。
实施例五
基于同一发明构思，本实施例提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被一处理器执行时能实现上述特征描述中任一项所述的可调耦合器的校准方法。
所述可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备，例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所描述的计算机程序可以从可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收所述计算机程序，并转发该计算机程序，以供存储在各个计算/处理设备中的可读存储介质中。用于执行本发明操作的计算机程序可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。所述计算机程序可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机程序的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
这里参照根据本发明实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序实现。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些程序在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机程序存储在可读存储介质中，这些计算机程序使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有该计算机程序的可读存储介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机程序加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的计算机程序实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种可调耦合器的校准方法，其特征在于，可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特；
所述校准方法包括以下步骤：
获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率；
基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
2.如权利要求1所述的可调耦合器的校准方法，其特征在于，所述基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率，包括：
获取所述第二超导量子比特的量子态处于|0>时，所述第一超导量子比特的振荡频率随所述脉冲电压变化的第二数据；
获取所述第二超导量子比特的量子态处于|1>时，所述第一超导量子比特的振荡频率随所述脉冲电压变化的第三数据；
基于所述第二数据以及所述第三数据，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的所述第一超导量子比特的频率，此时，所述第一超导量子比特的频率为所述第一频率。
3.如权利要求2所述的可调耦合器的校准方法，其特征在于，所述基于所述第二数据以及所述第三数据，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时，对应的所述第一超导量子比特的频率，此时，所述第一超导量子比特的频率为所述第一频率，包括：
基于所述第二数据以及所述第三数据，获取所述第一超导量子比特的Ramsey干涉实验结果随所述脉冲电压变化而发生变化最小时对应的所述脉冲电压为第一脉冲电压；
获取在所述脉冲电压为所述第一脉冲电压时，所述第二数据中对应的所述第一超导量子比特的频率为所述第一频率。
4.如权利要求1所述的可调耦合器的校准方法，其特征在于，在获取所述第一频率前，还包括：
基于所述第一数据，获取所述可调耦合器的简并点，并将所述偏置电压设置为简并点对应的值。
5.如权利要求1所述的可调耦合器的校准方法，其特征在于，在获取所述第一频率前，还包括：
对所述两个超导量子比特进行第一次参数校准；其中，所述参数校准包括频率校准、逻辑门操作参数校准以及测量参数校准。
6.如权利要求1所述的可调耦合器的校准方法，其特征在于，在将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压后，还包括：
将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>，并对另一个超导量子比特进行所述Ramsey干涉实验；
获取所述另一个超导量子比特的量子态在|0>时和|1>时振荡频率的第一差值；
判断所述第一差值是否在预设范围内；
若是，则设置此时偏置电压为所述可调耦合器的工作点；
若否，则调整所述偏置电压，并返回执行所述将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>。
7.如权利要求6所述的可调耦合器的校准方法，其特征在于，所述调整偏置电压大小，包括：
基于所述第一差值的大小，利用梯度下降法，或牛顿法，或随机游走法，或进化策略法调整所述偏置电压。
8.如权利要求6所述的可调耦合器的校准方法，其特征在于，在将所述两个超导量子比特中任一个的量子态分别制备到|0>和|1>前，还包括：
对所述两个超导量子比特进行第二次参数校准，其中，所述参数校准包括频率校准、逻辑门操作参数校准以及测量参数校准。
9.如权利要求1所述的可调耦合器的校准方法，其特征在于，在所述Ramsey干涉实验的两个π/2量子逻辑门间，改变所述可调耦合器的脉冲电压。
10.一种可调耦合器的校准装置，其特征在于，可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特；
所述校准装置包括：
第一数据获取单元，其被配置为获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
第一频率获取单元，其被配置为基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率；
第一偏置电压获取单元，其被配置为基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
11.如权利要求10所述的可调耦合器的校准装置，其特征在于，还包括：
第一差值获取单元，其被配置为将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>，并对另一个超导量子比特进行所述Ramsey干涉实验，获取所述另一个超导量子比特的量子态在|0>时和|1>时振荡频率的第一差值；
判断单元，其被配置为判断所述第一差值是否在预设范围内；
处理单元，其被配置为若接受到来自所述判断单元的结果为所述第一差值在预设范围内，则设置此时偏置电压为所述可调耦合器的工作点；若接受到来自所述判断单元的结果为不在所述第一差值在预设范围内，则调整所述偏置电压的大小，并将调整后的所述偏置电压发送给所述第一差值获取单元，以使所述第一差值获取单元在此执行所述将所述两个超导量子比特中任一个的量子态制备到|0>和|1>。
12.一种可调耦合器，其特征在于，所述可调耦合器用于两个超导量子比特间的耦合，所述两个超导量子比特分别为第一超导量子比特以及第二超导量子比特；
所述可调耦合器按照以下方法进行校准：
获取所述第一超导量子比特的频率随所述可调耦合器的偏置电压变化的第一数据；
基于所述第二超导量子比特的量子态、所述可调耦合器的脉冲电压，对所述第一超导量子比特进行Ramsey干涉实验，获取所述第一超导量子比特的第一频率；
基于所述第一数据以及所述第一频率，获取所述第一频率对应的所述偏置电压为第一偏置电压，并将所述可调耦合器的偏置电压设置为所述第一偏置电压。
13.一种量子测控系统，其特征在于，包括如权利要求12所述的可调耦合器。
14.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被一处理器执行时能实现权利要求1至9中任一项所述的可调耦合器的校准方法。
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