CN115409191A - 一种实现状态相干转移的方法、装置及量子计算装置 - Google Patents

一种实现状态相干转移的方法、装置及量子计算装置 Download PDF

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Abstract

本文公开一种实现状态相干转移的方法、装置及量子计算装置，包括利用寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移；本发明实施例通过全局光实现状态相干转移的并行处理，降低了量子计算的时间消耗，为提升量子计算效率提供了技术支持。

Description

一种实现状态相干转移的方法、装置及量子计算装置
技术领域
本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种实现状态相干转移的方法、装置及量子计算装置。
背景技术
对于离子量子计算，离子量子比特具有全同性，对部分离子的激光操作，有可能会在周围离子上引起串扰错误；为了避免激光操作引起的串扰错误，相关技术利用离子的另一组亚稳态对暂不参与操作的离子进行保护性存储；图1为相关技术量子比特的状态相干转移示意图，如图1所示，量子比特编码在基态能级的两个子能级上(|0>和|1＞)，初态制备、逻辑门操作、状态探测等量子操作在基态能级上执行；离子具有另一个亚稳态，亚稳态上也具有两个可以用于量子比特编码的子能级(|0′＞和|1′＞)。当需要对处于基态能级上的部分离子量子比特进行上述量子操作时，将其余不参与操作的离子量子比特相干转移到亚稳态进行保护性存储，可以避免串扰错误。离子量子比特的状态相干转移是指将离子量子比特在两个长寿命能级之间进行转移，且保持其量子信息不丢失。数学上表述为转移过程中量子状态的叠加系数不发生改变，即在状态α|0＞+β|1>与状态α|0′>+β|1′>之间转换。为了保证转移过程相干性不丢失，通常使用具有两个频率成分的激光来进行状态相干转移，当
Figure BDA0003825843510000011
与
Figure BDA0003825843510000012
两个跃迁同时完成时，用于相干转移的激光的相位噪声对量子态的影响将会被显著压制。
相关技术主要利用寻址光对每一个离子量子比特进行状态相干转移，在激光功率限定的情况下，无法同时进行大量的离子量子比特状态相干转移，这增加了量子计算的时间消耗；如何提升离子量子比特的状态相干转移的效率，成为一个有待解决的问题。
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状态相干转移的方法、装置及量子计算装置，能够提升量子比特的状态相干转移的效率。
本发明实施例提供了一种实现状态相干转移的方法，包括：
利用寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；
通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移；
其中，所述第一量子比特包括第一长寿命能级上不需要执行所述状态相干转移的量子比特；所述预先确定的子能级包括：所述第一长寿命能级上除用于量子比特编码的子能级之外的其他子能级。
另一方面，本发明实施例还提供一种实现状态相干转移的装置，包括：第一转移单元和第二转移单元；其中，
第一转移单元设置为：利用寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；
第二转移单元设置为：通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移；
其中，所述第一量子比特包括第一长寿命能级上不需要执行所述状态相干转移的量子比特；所述预先确定的子能级包括：所述第一长寿命能级上除用于量子比特编码的子能级之外的其他子能级。
还一方面，本发明实施例还提供一种量子计算装置，包括上述的实现状态相干转移的装置。
本申请技术方案包括：利用寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移；其中，所述第一量子比特包括第一长寿命能级上不需要执行所述状态相干转移的量子比特；所述预先确定的子能级包括：所述第一长寿命能级上除用于量子比特编码的子能级之外的其他子能级。本发明实施例通过全局光实现状态相干转移的并行处理，降低了量子计算的时间消耗，为提升量子计算效率提供了技术支持。
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为相关技术量子比特的状态相干转移示意图；
图2为本发明实施例实现状态相干转移的方法的流程图；
图3为本发明实施例第一量子比特的跃迁示意图；
图4为本发明实施例实现状态相干转移的装置的结构框图；
图5为本发明应用示例量子比特的初始状态示意图；
图6为本发明应用示例对第一量子比特执行状态转移处理的示意图；
图7为本发明应用示例状态相干转移示意图；
图8为本发明应用示例另一对第一量子比特执行状态转移处理的示意图。
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2为本发明实施例实现状态相干转移的方法的流程图，如图2所示，包括：
步骤201、利用寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；
步骤202、通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移；这里，全局光是指同时照射所有量子比特的激光。
其中，第一量子比特包括第一长寿命能级上不需要执行状态相干转移的量子比特；预先确定的子能级包括：第一长寿命能级上除用于量子比特编码的子能级之外的其他子能级。
需要说明的是，本发明实施例第一长寿命能级上不需要执行状态相干转移的量子比特可以由本领域技术人员根据公知常识确定。在量子计算过程中，通常需要对部分量子比特执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移。在一种示例性实例中，本发明实施例第一量子比特为第一长寿命能级上其余不需要执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间状态相干转移的量子比特；例如，在某些应用场景中，需要对部分量子比特在第一长寿命能级上进行冷却、测量等破坏性操作，或者其它相干的量子操作，而同时又不能影响其余量子比特，那么可以将其余量子比特从第一长寿命能级相干转移至第二长寿命能级上进行保护性存储；此时，第一量子比特指需要在第一长寿命能级上执行量子操作而又要避免在其余量子比特上引起串扰错误的量子比特；再如，在某些应用场景中，需要将事先处于第二长寿命能级上的量子比特相干转移至第一长寿命能级，而又不能将事先处于第一长寿命能级上的量子比特转移至第二长寿命能级；此时第一量子比特就是指事先处于第一长寿命能级上，需要避免被转移激光转移到第二长寿命能级上的量子比特。需要说明的是，本发明实施例第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移是指两对量子比特基矢之间的相互转换均被执行(
Figure BDA0003825843510000051
与
Figure BDA0003825843510000052
)；状态相干转移不包括以下情形：仅有一对量子比特基矢间的相互转换被执行(
Figure BDA0003825843510000053
或者
Figure BDA0003825843510000054
)。
需要说明的是，本发明实施例中第一量子比特的个数不受限制，可以是一个，也可以是多个；本发明实施例可以使用多束寻址光同时照射在多个第一量子比特上，也可以以预先确定的时间序列照射；第一量子比特的个数和寻址光照射第一量子比特的时间序列不应视作对本发明实施例的限制；本发明实施例只要求在全局光照射之前，所有第一量子比特均完成第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁。
本发明实施例中长寿命能级包括基态能级和亚稳态能级，它是包含多个子能级的能级集合，同一长寿命能级包含的子能级具有相同的主量子数和电子角动量，电子角动量包括电子轨道角动量和电子总角动量；例如，对于171Yb+离子，长寿命能级可以是基态能级2S1/2、亚稳态能级2D5/2、或亚稳态能级2F7/2等。
需要说明的是，本发明实施例虽以离子量子比特为例对本发明进行阐述，但本发明实施例同样适用于原子量子比特。
本发明实施例通过全局光实现状态相干转移的并行处理，降低了量子计算的时间消耗，为提升量子计算效率提供了技术支持。
需要说明的是，本发明实施例中的寻址光光斑大小只覆盖一个量子比特，因此可以对第一量子比特执行单比特寻址操作。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的寻址光包括拉曼激光。即本发明实施例利用具备单比特寻址能力的拉曼激光照射第一量子比特，以激发第一量子比特的从第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的拉曼跃迁。
图3为本发明实施例第一量子比特从第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的拉曼跃迁示意图，如图3所示，本发明实施例以激发态为媒介，使用拉曼激光激发拉曼跃迁21
Figure BDA0003825843510000061
或拉曼跃迁22
Figure BDA0003825843510000062
本发明实施例中的拉曼激光，光斑大小只覆盖一个量子比特，因此可以选择性地只对一个第一量子比特进行拉曼操作。由于|0″>与|1″>态不受全局光的影响，因此全局光照射时，处于第一长寿命能级上两个量子比特编码子能级之外的子能级上的第一量子比特不会被全局光转移。需要说明的是，激发拉曼跃迁的拉曼激光包括两个频率的激光，它们之间的频率差等于拉曼跃迁初末态的能级差；本发明实施例中拉曼激光的光斑大小只覆盖一个量子比特是指：两个频率的拉曼激光二者或者其中之一的光斑大小只覆盖一个量子比特。
在一种示例性实例中，本发明实施例激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁，包括：
利用寻址光照射第一量子比特，激发第一量子比特的从第一长寿命能级的第一子能级到第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级为用于量子比特编码的子能级；第一长寿命能级的第三子能级属于预先确定的子能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁，包括：
利用寻址光照射第一量子比特，激发第一量子比特的从第一长寿命能级的第一子能级到第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁，和第一量子比特的从第一长寿命能级的第二子能级到第一长寿命能级的第四子能级的拉曼跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的子能级；第一长寿命能级的第三子能级和第四子能级属于预先确定的子能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁，包括：
利用包含两个频率成分的寻址光照射第一量子比特，以同步实现以下拉曼跃迁：第一量子比特的从第一长寿命能级的第一子能级到第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁，和第一量子比特的从第一长寿命能级的第二子能级到第一长寿命能级的第四子能级的拉曼跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的子能级；第一长寿命能级的第三子能级和第四子能级属于预先确定的子能级。
需要说明的是，根据本领域技术人员的公知常识，激发拉曼跃迁的拉曼激光包括两个频率的激光，它们之间的频率差等于拉曼跃迁初末态的能级差。本发明实施例将激发拉曼跃迁的两个拉曼激光记为第一拉曼激光和第二拉曼激光。寻址光包含两个频率成分是指第一拉曼激光包含两个频率成分，第二拉曼激光包含两个频率成分；第一拉曼激光的一个频率成分和第二拉曼激光的一个频率成分激发第一长寿命能级的第一子能级到第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁；第一拉曼激光的另一个频率成分和第二拉曼激光的另一个频率成分激发第一长寿命能级的第二子能级到第一长寿命能级的第四子能级的拉曼跃迁；需要进一步说明的是，第一拉曼激光和第二拉曼激光除上述用于激发拉曼跃迁的频率成分之外，还可以包括另外的频率成分。
本发明实施例利用寻址激光激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁，除上述使用寻址拉曼激光激发的拉曼跃迁外，本发明实施例方法还包括：
利用失谐的寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，结合全局的微波，以激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；当失谐的寻址光照射在第一量子比特上时，会引起斯塔克能级移动(ACStark shift)；具体处理包括：利用全局的微波照射所有量子比特，实现Rx(-π/2)操作；然后用寻址光照射第一量子比特，实现Rz(π)；利用全局微波照射所有量子比特，实现Rx(π/2)操作；其中，Ri(θ)代表绕着布洛赫球上i轴旋转θ角；虽然微波是全局的，但是寻址光具备单比特寻址能力，最终只有被寻址光照射的第一量子比特才会实现从第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁。
在一种示例性实例中，本发明实施例通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，包括：
利用包含两个频率成分的全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以同步实现以下两个跃迁：第一长寿命能级的第一子能级和第二长寿命能级的第一子能级间的跃迁；和第一长寿命能级的第二子能级和第二长寿命能级的第二子能级间的跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的两个子能级；第二长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的两个子能级。
本发明实施例利用具有两个频率成分的全局激光，可以实现第一长寿命能级与第二长寿命能级之间的状态相干转移，即
Figure BDA0003825843510000081
其中，{|0>，|1>}和{|0′>，|1′>}分别是第一长寿命能级和第二长寿命能级上用于量子比特编码的两个子能级(或者量子比特基矢)；为了保证转移过程中相干性不丢失，需要参照相关技术调整全局激光两个频率成分的相对光强比例以及偏振，使的
Figure BDA0003825843510000082
跃迁与
Figure BDA0003825843510000083
跃迁同步完成。本发明实施例通过调整全局激光的中心频率，可以使得第一长寿命能级上只有处于|0>和|1＞态上的量子比特可以被转移，而处于第一长寿命能级其余子能级的第一量子比特不会受到转移激光的影响。
在一种示例性实例中，本发明实施例实现状态相干转移的方法除同步实现两个跃迁外，还可以采用顺序执行的方式实现两个跃迁。
在一种示例性实例中，本发明实施例通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，包括：
通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，激发第一长寿命能级和第二长寿命能级间的拉曼跃迁，以执行状态相干转移。
需要说明的是，当全局光激发第一长寿命能级和第二长寿命能级间的拉曼跃迁时，全局光包含两个波长，记为第三拉曼激光和第四拉曼激光。当全局光是拉曼激光时，全局光包含两个频率成分是指第三拉曼激光包含两个频率成分，第四拉曼激光包含两个频率成分。第三拉曼激光的一个频率成分与第四拉曼激光的一个频率成分激发第一长寿命能级的第一子能级和第二长寿命能级的第一子能级间的拉曼跃迁；第三拉曼激光的另一个频率成分与第四拉曼激光的另一个频率成分激发第一长寿命能级的第二子能级和第二长寿命能级的第二子能级间的拉曼跃迁。需要进一步说明的是，第三拉曼激光和第四拉曼激光除上述用于激发拉曼跃迁的两个频率成分之外，还可以包括其它的频率成分，第三拉曼激光和第四拉曼激光包含的频率成分的个数不应视作对本发明的限制。
在一种示例性实例中，本发明实施例通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，包括：
通过调整全局光的相位，采用复合脉冲的方式执行状态相干转移。
需要说明的是，实验参数的慢漂(例如激光功率、偏振、频率抖动，背景磁场抖动等)会影响相干转移保真度，而复合脉冲(composite pulses)可以弥补参数慢漂的影响；复合脉冲利用多次来回转移替代单次转移，且不同次的转移激光相位不同。常用的复合脉冲序列包括：BB1(J.Magn.Resonance A 109(1994)221)、SK1(Phys.Rev.A 70(2004)052318)、Knill脉冲(Phys.Rev.Lett.105(2010)200402)和CCCP(Journal of the PhysicalSociety of Japan，82(2013)014004)等；复合脉冲的具体形式实施人员可根据实际情况进行筛选或者通过计算机仿真自行设计，不应视作对本发明的限制。
在一种示例性实例中，执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移之后，本发明实施例方法还包括：
利用寻址光照射第一量子比特，以同步实现以下拉曼跃迁：第一量子比特从第一长寿命能级的第三子能级到第一长寿命能级的第一子能级的拉曼跃迁，和第一量子比特从第一长寿命能级第四子能级到第一长寿命能级第二子能级的拉曼跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的子能级；第一长寿命能级的第三子能级和第四子能级属于预先确定的子能级。
本发明实施例中量子比特阵列中包含的量子比特包括以下任意种类之一或者任意组合：Yb的同位素离子，Ba的同位素离子，Ca的同位素离子，Mg的同位素离子，Sr的同位素离子和Be的同位素离子等。
图4为本发明实施例实现状态相干转移的装置的结构框图，如图4所示，包括：第一转移单元和第二转移单元；其中，
第一转移单元设置为：利用寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；
第二转移单元设置为：通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移；
其中，第一量子比特包括第一长寿命能级上不需要执行状态相干转移的量子比特；预先确定的子能级包括：第一长寿命能级上除用于量子比特编码的子能级之外的其他子能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一转移单元是设置为：
利用寻址光照射第一量子比特，激发第一量子比特的从第一长寿命能级的第一子能级到第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级为用于量子比特编码的子能级；第一长寿命能级的第三子能级属于预先确定的子能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一转移单元是设置为：
利用寻址光照射第一量子比特，激发第一量子比特的从第一长寿命能级的第一子能级到第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁，和第一量子比特的从第一长寿命能级的第二子能级到第一长寿命能级的第四子能级的拉曼跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的子能级；第一长寿命能级的第三子能级和第四子能级属于预先确定的子能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一转移单元是设置为：
利用包含两个频率成分的寻址光照射第一量子比特，以同步实现以下拉曼跃迁：第一量子比特的从第一长寿命能级的第一子能级到第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁，和第一量子比特的从第一长寿命能级的第二子能级到第一长寿命能级的第四子能级的拉曼跃迁。
在一种示例性实例中，本发明实施例第二转移单元设置为：
利用包含两个频率成分的全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以同步实现以下两个跃迁：第一长寿命能级的第一子能级和第二长寿命能级的第一子能级间的跃迁；和第一长寿命能级的第二子能级和第二长寿命能级的第二子能级间的跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的两个子能级；第二长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的两个子能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例第二转移单元设置为：
通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，激发第一长寿命能级和第二长寿命能级间的拉曼跃迁，以执行状态相干转移。
在一种示例性实例中，本发明实施例第二转移单元是设置为：
通过调整全局光的相位，采用复合脉冲的方式执行状态相干转移。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一转移单元还设置为：
执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移之后，利用寻址光照射第一量子比特，以实现第一量子比特从第一长寿命能级的第三子能级到第一长寿命能级的第一子能级的拉曼跃迁。
在一种示例性实例中，本发明实施例第一转移单元还设置为：
执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移之后，利用寻址光照射第一量子比特，以同步实现以下拉曼跃迁：第一量子比特从第一长寿命能级的第三子能级到第一长寿命能级的第一子能级的拉曼跃迁，和第一量子比特从第一长寿命能级第四子能级到第一长寿命能级第二子能级的拉曼跃迁；
其中，第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的子能级；第一长寿命能级的第三子能级和第四子能级属于预先确定的子能级。
本发明实施例还提供一种量子计算装置，包括上述的实现状态相干转移的装置。
以下结合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
本应用示例以3个量子比特为例进行说明。本应用示例以从第一长寿命能级到第二长寿命能级的状态相干转移为例进行说明；图5为本发明应用示例量子比特的初始状态示意图，如图5所示，开始时刻，量子比特Q1(图中简写为Q1)、量子比特Q2和量子比特Q3均处于基态能级，虚线代表量子比特处于|0>与|1>的叠加态；具体地，基态能级包括用于量子比特编码的子能级|0>与|1>，以及预先确定的其他子能级|0″>或/和|1″>；量子比特Qi的状态可以表示成αi|0>+βi|1>，其中i＝1，2，3是量子比特的标识。本应用示例假设需要对量子比特Q1在基态上进行量子操作，而要保持量子比特Q2和量子比特Q3的相干性不丢失；
图6为本发明应用示例对第一量子比特执行状态转移处理的示意图，如图6所示，本应用示例用寻址拉曼激光(寻址光)照射需要执行量子操作的量子比特Q1，实现拉曼跃迁|0>→|0″>。此时，量子比特Q1的状态变化成α1|0″>+β1|1>。
图7为本发明应用示例状态相干转移示意图，如图7所示，本应用示例使用包含两个频率成分的转移激光照射所有量子比特，实现从基态能级到亚稳态能级的相干转移；上述转移激光为全局光，转移激光的两个频率成分分别与跃迁
Figure BDA0003825843510000121
和
Figure BDA0003825843510000122
共振。量子比特Q2和量子比特Q3的状态变化成αi|0′>+βi|1′>，其中i＝2，3是量子比特的标识。本应用示例利用全局光，并行地以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移，提升了量子计算的执行速度，为大规模量子计算的实现提供了技术支持。
本应用示例在基态能级上执行所需的量子操作。由于基态能级上的操作光不影响亚稳态能级上的量子比特，因此，Q2和Q3的相干性不被破坏。
图8为本发明应用示例另一对第一量子比特执行状态转移处理的示意图，如图8所示，利用寻址的拉曼激光照射量子比特Q1，实现拉曼跃迁|1>→|1″>，|0>→|0″>，并且通过对激光参数的调整，使得|0>→|0″>与|1>→|1″>跃迁同时完成。
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 (11)

1.一种实现状态相干转移的方法，包括：
利用寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；
通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移；
其中，所述第一量子比特包括第一长寿命能级上不需要执行所述状态相干转移的量子比特；所述预先确定的子能级包括：所述第一长寿命能级上除用于量子比特编码的子能级之外的其他子能级。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁，包括：
利用所述寻址光照射所述第一量子比特，激发所述第一量子比特的从所述第一长寿命能级的第一子能级到所述第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁；
其中，所述第一长寿命能级的第一子能级为用于量子比特编码的子能级；所述第一长寿命能级的第三子能级属于所述预先确定的子能级。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁，包括：
利用所述寻址光照射所述第一量子比特，激发所述第一量子比特的从所述第一长寿命能级的第一子能级到所述第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁，和所述第一量子比特的从所述第一长寿命能级的第二子能级到所述第一长寿命能级的第四子能级的拉曼跃迁；
其中，所述第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的子能级；所述第一长寿命能级的第三子能级和第四子能级属于所述预先确定的子能级。
4.根据权利要求3所述的方法，所述激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁，包括：
利用包含两个频率成分的所述寻址光照射所述第一量子比特，以同步实现以下拉曼跃迁：所述第一量子比特的从所述第一长寿命能级的第一子能级到所述第一长寿命能级的第三子能级的拉曼跃迁，和所述第一量子比特的从所述第一长寿命能级的第二子能级到所述第一长寿命能级的第四子能级的拉曼跃迁。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移，包括：
利用包含两个频率成分的全局光照射所述量子比特阵列中的所有量子比特，以同步实现以下两个跃迁：所述第一长寿命能级的第一子能级和第二长寿命能级的第一子能级间的跃迁；和所述第一长寿命能级的第二子能级和所述第二长寿命能级的第二子能级间的跃迁；
其中，所述第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的两个子能级；所述第二长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的两个子能级。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，包括：
通过所述全局光照射所述量子比特阵列中的所有量子比特，激发所述第一长寿命能级和所述第二长寿命能级间的拉曼跃迁，以执行所述状态相干转移。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，包括：
通过调整所述全局光的相位，采用复合脉冲的方式执行所述状态相干转移。
8.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移之后，所述方法还包括：
利用所述寻址光照射所述第一量子比特，以同步实现以下拉曼跃迁：所述第一量子比特从所述第一长寿命能级的第三子能级到所述第一长寿命能级的第一子能级的拉曼跃迁，和所述第一量子比特从所述第一长寿命能级第四子能级到所述第一长寿命能级第二子能级的拉曼跃迁；
其中，所述第一长寿命能级的第一子能级和第二子能级为用于量子比特编码的子能级；所述第一长寿命能级的第三子能级和第四子能级属于所述预先确定的子能级。
9.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述量子比特阵列中包含的量子比特包括以下任意种类之一或者任意组合：
Yb的同位素离子、Ba的同位素离子、Ca的同位素离子、Mg的同位素离子、Sr的同位素离子和Be的同位素离子。
10.一种实现状态相干转移的装置，包括：第一转移单元和第二转移单元；其中，
第一转移单元设置为：利用寻址光照射量子比特阵列中的第一量子比特，激发第一量子比特的第一长寿命能级上一个以上用于量子比特编码的子能级到预先确定的子能级的跃迁；
第二转移单元设置为：通过全局光照射量子比特阵列中的所有量子比特，以执行第一长寿命能级和第二长寿命能级间的状态相干转移；
其中，所述第一量子比特包括第一长寿命能级上不需要执行所述状态相干转移的量子比特；所述预先确定的子能级包括：所述第一长寿命能级上除用于量子比特编码的子能级之外的其他子能级。
11.一种量子计算装置，其特征在于，包括如权利要求10所述的实现状态相干转移的装置。
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