CN115456185A - 一种构建量子逻辑门的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开一种构建量子逻辑门的方法和装置，包括：通过预设驱动频率的幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制，获得包含两个以上频率成分的用于构造量子逻辑门的第二连续激光；通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门；其中，量子逻辑门包括：单比特量子逻辑门和双比特量子逻辑门。本发明实施例通过振幅调制获得的第二连续激光，同时实现了不受激光相位噪声影响的单比特量子逻辑门和双比特量子逻辑门，量子逻辑门的数量不再受激光相干时间限制，为实现大规模量子计算提供了基础。
Description
技术领域
本文涉及但不限于量子计算技术，尤指一种构建量子逻辑门的方法和装置。
背景技术
量子计算机是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备；量子计算机的基础逻辑单元由遵守量子力学原理的量子比特构成，大量相互作用的量子比特可以在物理上实现量子计算机。相对于传统计算机，量子计算机可大幅度减少在解决一些特定问题时的运算时间；量子计算机在未来的基础科学研究、量子通讯及密码学、人工智能、金融市场模拟和气候变化预测等方面具有广泛的应用前景，因此受到了广泛关注。
利用囚禁于势阱中的离子量子比特阵列可以在现有实验条件下实现高保真度的量子逻辑门操作；离子量子比特在相互作用控制、长相干时间、高保真度量子逻辑门操作及量子纠错等衡量量子计算性能的关键指标方面都有非常优秀的表现，是最有可能实现量子计算机的平台之一。
量子逻辑门(包括单比特量子逻辑门和双比特量子逻辑门)的构建是实现量子计算必不可少的步骤；相关技术中主要利用远失谐的激光产生的拉曼跃迁、或近共振的窄线宽激光产生的斯塔克效应来构建量子逻辑门，单比特量子逻辑门或者双比特量子逻辑门中的一个或者二者同时会受到激光相位噪声的影响，无法利用相同的激光同时实现与激光相位噪声无关的单比特量子逻辑门和双比特量子逻辑门，导致能执行的高保真度的量子逻辑门的数量受到激光相干时间的限制，无法执行大规模的量子计算。另一种更具有前途的新兴方案是利用经过相位调制的连续激光来实现量子逻辑门，可以使得单比特量子逻辑门和双比特量子逻辑门均不受激光相位噪声的影响。然而这种方案在实现远失谐共振激光来构造量子逻辑门的应用时，往往需要额外的标准具对相位调制后的远失谐激光进行频率筛选，增加了额外的成本和复杂度。
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量子逻辑门的方法和装置，能够实现对激光相位噪声不敏感的单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门。
本发明实施例提供了一种构建量子逻辑门的方法，包括：
通过预设驱动频率的幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制，获得包含两个以上频率成分的用于构造量子逻辑门的第二连续激光；
通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门；
其中，所述量子逻辑门包括：单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门。
另一方面，本发明实施例还提供一种构建量子逻辑门的装置，包括：振幅调制单元和构建单元；其中，
振幅调制单元设置为：通过预设驱动频率的幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制，获得包含两个以上频率成分的用于构造量子逻辑门的第二连续激光；
构建单元设置为：通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门；
其中，所述量子逻辑门包括：单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门。
本申请技术方案包括：通过预设驱动频率的幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制，获得包含两个以上频率成分的用于构造量子逻辑门的第二连续激光；通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门；其中，量子逻辑门包括：单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门。本发明实施例通过振幅调制获得的第二连续激光，同时实现了不受相位噪声影响的单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门，量子逻辑门的数量不再受激光相干时间限制，为实现大规模量子计算提供了基础。相对于相位调制的方案，通过振幅调制获得用于构造量子逻辑门的激光，不存在由于无穷级数贝塞尔函数叠加导致的有效拉曼跃迁强度为零的问题，因此无需使用额外的器件对激光进行频率筛选，大大简化了系统复杂度。
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为本发明实施例构建量子逻辑门的方法的流程图；
图2为本发明实施例构建量子逻辑门的装置的结构框图；
图3为本发明应用示例第二连续激光的示意图；
图4为本发明应用示例钡137离子的能级示意图；
图5为本发明应用示例构建单比特量子逻辑门的装置的组成示意图；
图6为本发明应用示例实现双比特量子逻辑门的装置的结构示意图。
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1为本发明实施例构建量子逻辑门的方法的流程图，如图1所示，包括：
步骤101、通过预设驱动频率的幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制，获得包含两个以上频率成分的用于构造量子逻辑门的第二连续激光；
步骤102、通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门；
其中，量子逻辑门包括：单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门。其中，多比特量子逻辑门包括N比特量子逻辑门，N为大于或等于2的整数。
本发明实施例，通过驱动频率为fEOM的幅度调制器对中心频率为f0的第一连续激光进行幅度调制后获得的第二连续激光中会包含频率为f0±fEOM的两个边带频率成分。根据调制深度的不同，第二连续激光还可能包含中心频率成分f0。本发明实施例利用其中两个频率成分构建量子逻辑门，例如利用两个边带成分或者其中一个边带成分与中心频率成分。本发明实施例获得的第二连续激光包含的频率成分包含两个以上，可以利用其中的两个频率成分构建量子逻辑门；第二连续激光中所包含的频率成分的个数不应该视作对本发明的限制。
本发明实施例通过振幅调制获得的第二连续激光，同时实现了不受相位噪声影响的单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门，量子逻辑门的数量不再受激光相干时间限制，为实现大规模量子计算提供了基础；本发明实施例通过振幅调制获得用于构建量子逻辑门的第二连续激光，无需进行频率筛选，硬件组成简单，简化了量子计算的系统组成。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一连续激光包括近共振的连续激光；
其中，第一连续激光的第一中心频率，与量子比特的基态能级和预设的激发态能级的共振频率之差为Δf；Δf小于fh的第一预设数值倍，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差；预设的激发态能级为预先确定的构建量子逻辑门所涉及的激发态能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一预设数值可以等于0.1，可以由技术人员人员根据量子计算相关原理进行调整。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一连续激光包括远失谐的连续激光；
其中，第一连续激光的第二中心频率，与量子比特的基态能级和预设的激发态能级的共振频率之差为Δf；Δf大于第二预设数值倍fh，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差；预设的激发态能级为预先确定的构建量子逻辑门所涉及的激发态能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二预设数值可以等于100，可以由技术人员人员根据量子计算相关原理进行调整。
需要注意的是，此处所指激发态能级，是指能量高于用于量子比特编码的能级的其它能级，可以包括大线宽的激发态能级，如P态能级，也可以包括窄线宽的亚稳态能级，如D态能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二连续激光中的两个频率成分的频率之差等于fh；
其中，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的预设驱动频率fEOM等于fh/2或fh；
其中，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差。
在一种示例性实例中，本发明实施例量子逻辑门为单比特量子逻辑门时，通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门，包括：
调整单路的第二连续激光的以下一项或任意组合的参数：偏振、光强、相位和中心频率；
将调整参数后的第二连续激光照射量子比特第一预设时长，以实现量子比特基矢之间的拉曼跃迁。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二连续激光包括：在两个量子比特基失上引起的斯塔克能级移动(AC Stark Shift)不相等的激光。
在一种示例性实例中，本发明实施例量子逻辑门为多比特量子逻辑门时，通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门，包括：
将第二连续激光拆分为两路；
调整拆分获得的两路第二连续激光的以下一项或任意组合的参数：偏振、光强、相位和中心频率；
将调整参数的两路第二连续激光，从不同方向同时照射到需要构造量子逻辑门的至少两个量子比特上；
控制两路第二连续激光同时照射至少两个量子比特第二预设时长，以实现多比特量子逻辑门；
其中，两路第二连续激光的中心频率之差、与构建的多比特量子逻辑门所激发的集体振动模式的本征频率的差值，小于预设数值倍本征频率。
在一种示例性实例中，预设数值可以取0.5。
在一种示例性实例中，本发明实施例拆分获得的两路第二连续激光的中心频率通过以下方式进行调整：
将拆分获得的第一路第二连续激光通过第一声光调制器(AOM)进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
将拆分获得的第二路第二连续激光通过第二AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
其中，f0为第一连续激光的中心频率，fEOM为幅度调制器的驱动频率，fEOM与fh/2之差小于预设数值，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差，预设数值可以是1倍fh。当连续激光为远失谐激光时，fEOM等于fh/2；fAOM1为第一AOM的驱动频率；fAOM2为第二AOM的驱动频率；
和
的上标表示第二连续激光的路数；调制后的第一路第二连续激光和第二路第二连续激光的中心频率之差的绝对值为：|fAOM1-fAOM2|。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一AOM和第二AOM还可以参照相关技术，对拆分获得的两路第二连续激光的光强和相位进行调整；
在一种示例性实例中，本发明实施例拆分获得的两路第二连续激光的偏振可以参照相关原理，利用包括波片在内的光学元件进行调制。
在一种示例性实例中，本发明实施例拆分获得的两路第二连续激光的中心频率通过以下方式进行调整：
将拆分获得的第一路第二连续激光通过第三AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
和
将拆分获得的第二路第二连续激光通过第四AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
或者，
将拆分获得的第一路第二连续激光通过第三AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
和
将拆分获得的第二路第二连续激光通过第四AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
和
其中，f0为第一连续激光的中心频率，fEOM为幅度调制器的驱动频率，fEOM与fh之差小于预设数值，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差，预设数值可以是1倍fh。当连续激光为远失谐激光时，fEOM等于fh；fAOM3为第三AOM的驱动频率；fAOM4为第四AOM的驱动频率；
和
的上标表示第二连续激光的路数；调制后的第一路第二连续激光和第二路第二连续激光的中心频率之差的绝对值为：|fAOM3-fAOM4|。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第三AOM和第四AOM还可以参照相关技术，对拆分获得的两路第二连续激光的光强和相位进行调整。
图2为本发明实施例构建量子逻辑门的装置的结构框图，如图2所示，包括：振幅调制单元和构建单元；其中，
振幅调制单元设置为：通过预设驱动频率的幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制，获得包含两个以上频率成分的用于构造量子逻辑门的第二连续激光；
构建单元设置为：通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门；
其中，量子逻辑门包括：单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门。
本发明实施例，通过驱动频率为fEOM的幅度调制器对中心频率为f0的第一连续激光进行幅度调制后获得的第二连续激光中会包含频率为f0±fEOM的两个边带频率成分。根据调制深度的不同，第二连续激光还可能包含中心频率成分f0。本发明实施例利用其中两个频率成分构建量子逻辑门，例如利用两个边带成分或者其中一个边带成分与中心频率成分。本发明实施例获得的第二连续激光包含的频率成分包含两个以上，可以利用其中的两个频率成分构建量子逻辑门；第二连续激光中所包含的频率成分的个数不应该视作对本发明的限制。
本发明实施例通过振幅调制获得的第二连续激光，同时实现了不受相位噪声影响的单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门，量子逻辑门的数量不再受激光相干时间限制，为实现大规模量子计算提供了基础。本发明实施例通过振幅调制获得用于构建量子逻辑门的第二连续激光，无需进行频率筛选，硬件组成简单，简化了量子计算的系统组成。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一连续激光包括近共振的连续激光；
其中，第一连续激光的第一中心频率，与量子比特的基态能级和预设的激发态能级的共振频率之差为Δf；Δf小于fh的第一预设数值倍，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差；预设的激发态能级为预先确定的构建量子逻辑门所涉及的激发态能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一预设数值可以等于0.1，可以由技术人员人员根据量子计算相关原理进行调整。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一连续激光包括远失谐的连续激光；
其中，第一连续激光的第二中心频率，与量子比特的基态能级和预设的激发态能级的共振频率之差为Δf；Δf大于第二预设数值倍fh，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差；预设的激发态能级为预先确定的构建量子逻辑门所涉及的激发态能级。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二预设数值可以等于100，可以由技术人员人员根据量子计算相关原理进行调整。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二连续激光中的两个频率成分的频率之差等于fh；
其中，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的预设驱动频率fEOM等于fh/2或fh；
其中，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差。
在一种示例性实例中，本发明实施例构建单元是设置为：
调整单路的第二连续激光的以下一项或任意组合的参数：偏振、光强、相位和中心频率；
将调整参数后的第二连续激光照射量子比特第一预设时长，以实现量子比特基矢之间的拉曼跃迁，进而实现单比特量子逻辑门。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第二连续激光包括：在两个量子比特基失上引起的斯塔克能级移动不相等的激光。
在一种示例性实例中，本发明实施例构建单元是设置为通过以下处理构建多比特量子逻辑门：
将第二连续激光拆分为两路；
调整拆分获得的两路第二连续激光的以下一项或任意组合的参数：偏振、光强、相位和中心频率；
将调整参数的两路第二连续激光，从不同方向同时照射到需要构造量子逻辑门的至少两个量子比特上；
控制两路第二连续激光同时照射至少两个量子比特第二预设时长，以实现多比特量子逻辑门；
其中，两路第二连续激光的中心频率之差、与构建的多比特量子逻辑门所激发的集体振动模式的本征频率的差值，小于预设数值倍所述本征频率。
在一种示例性实例中，本发明实施例构建单元是设置为，对拆分获得的两路第二连续激光的中心频率通过以下方式进行调整：
将拆分获得的第一路第二连续激光通过第一AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
将拆分获得的第二路第二连续激光通过第二AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
其中，f0为第一连续激光的中心频率，fEOM为幅度调制器的驱动频率，fEOM与fh/2之差小于预设数值，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差，预设数值可以是1倍fh。当连续激光为远失谐激光时，fEOM等于fh/2；fAOM1为第一AOM的驱动频率；fAOM2为第二AOM的驱动频率；
和
的上标表示第二连续激光的路数；调制后的第一路第二连续激光和第二路第二连续激光的中心频率之差的绝对值为：|fAOM1-fAOM2|。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一AOM和第二AOM还可以参照相关技术，对拆分获得的两路第二连续激光的光强和相位进行调整。
在一种示例性实例中，本发明实施例拆分获得的两路第二连续激光的偏振可以参照相关原理，利用包括波片在内的光学元件进行调制。
在一种示例性实例中，本发明实施例构建单元是设置为，对拆分获得的两路第二连续激光的中心频率通过以下方式进行调整：
将拆分获得的第一路第二连续激光通过第三AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
和
将拆分获得的第二路第二连续激光通过第四AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
或者，
将拆分获得的第一路第二连续激光通过第三AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
和
将拆分获得的第二路第二连续激光通过第四AOM进行调制，获得调制后用于构建量子逻辑门的频率成分为：
和
其中，f0为第一连续激光的中心频率，fEOM为幅度调制器的驱动频率，fEOM与fh之差小于预设数值，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差，预设数值可以是1倍fh。当连续激光为远失谐激光时，fEOM等于fh；fAOM3为第三AOM的驱动频率；fAOM4为第四AOM的驱动频率；
和
的上标表示第二连续激光的路数；调制后的第一路第二连续激光和第二路第二连续激光的中心频率之差的绝对值为：|fAOM3-fAOM4|。
在一种示例性实例中，本发明实施例中的第三AOM和第四AOM还可以参照相关技术，对拆分获得的两路第二连续激光的光强和相位进行调整。
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实施例的保护范围。
应用示例
本应用示例利用幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制；若幅度调制器的驱动频率为fEOM，第一连续激光的中心频率为f0，则第一连续激光经调制后，将会产生频率为f0±fEOM的边带成分，如图3所示，不会产生更高级的边带，频率成分干净，无需经过额外的频率筛选就可用于构建量子逻辑门，应用范围更广，量子逻辑门的实现成本更低。
本应用示例以137Ba+离子为例，示例量子逻辑门的构建，图4为本发明应用示例钡137离子的能级示意图，如图4所示，量子比特编码在基态的两个超精细能级：|6S1/2，F＝2，mF＝0>和|6S1/2，F＝1，mF＝0>，两个基矢之间频率差为fh；本应用示例利用基态能级和激发态能级之间的跃迁来构建量子逻辑门。需要说明的是，本应用示例还可以适用基于其他种类的离子的量子逻辑门的构建，包括但不限于：Ba的同位素离子，Ca的同位素离子，Yb的同位素离子，Be的同位素离子,Mg的同位素离子等。
本应用示例通过振幅调制后的单路包含两个频率成分的远失谐532nm的第二连续激光，促使离子发生拉曼跃迁，以实现137Ba+离子的单比特量子逻辑门操作。本应用示例远失谐激光是指，激光中心频率，与基态能级和激发态能级之差Δf，大于fh的第二预设数值倍；第二预设数值可以根据量子计算相关原理计算获得，例如可以设置为100等。需要说明的是，本发明所用的第二连续激光也可以是近共振的激光。此时，第二连续激光满足近共振条件：Δf小于fh的第一预设数值倍；第一预设数值可根据量子计算相关原理计算获得，例如可以等于0.1等。
在一种示例性实例中，本应用示例第二连续激光的频率中心与基态能级和激发态能级共振频率之差为Δf；本应用示例设置幅度调制器的驱动频率等于计算基矢频率差的一半，即fEOM＝fh/2，经过幅度调制器调制的第二连续激光包含的两个边带频率成分的频率差为fh。
在一种示例性实例中，本应用示例第二连续激光的频率中心与基态能级和激发态能级共振频率之差为Δf；本应用示例设置幅度调制器的驱动频率等于计算基矢频率，即fEOM＝fh，则经过幅度调制器调制的第二连续激光的其中一个边带成分与中心频率成分的频率差为fh。
本实施例通过调整输出的第二连续激光的中心频率、偏振、光强、相位和照射时间，可实现计算基矢的拉曼跃迁，即实现单比特量子逻辑门。
在一种实施例实例中，本应用示例构建量子逻辑门的处理，包括：
第一连续激光经过幅度调制器振幅调制获得包含两个以上频率成分的第二连续激光；
调控第二连续激光中心频率、光强、相位和偏振；
将调控中心频率、光强、相位和偏振的第二连续激光照射离子量子比特第一预设时长，以实现量子比特基矢之间的拉曼跃迁。
在一种示例性实例中，本应用示例可以通过寻址系统将第二连续激光照射到离子量子比特上。本应用示例寻址系统包括但不限于由透镜组、声光偏转器等器件组成的系统，用于将第二连续激光传输和聚焦到离子上。
图5为本发明应用示例构建单比特量子逻辑门的装置的组成示意图，如图5所示，第一连续激光经过幅度调制器进行振幅调制后，获得的第二连续激光经过AOM调控中心频率、光强和相位，再通过预设角度的波片进行偏振调节，最后通过寻址系统照射到离子量子比特上；通过AOM控制第二连续激光的照射时长，即可实现单比特量子逻辑门。
在一种示例性实例中，本应用示例调制获得第二连续激光后，将第二连续激光拆分为两路，利用两路第二连续激光，使用斯塔克能级移动的方法或者
(MS)方法来构建双比特量子逻辑门。
在一种示例性实例中，本应用示例所用的第二连续激光可以是近共振或远失谐的激光。本应用示例使用传播方向夹角不等于零的两路第二连续激光实现双比特逻辑门；例如设置两路第二连续激光从相反方向同时照射到两个以上离子量子比特上。本应用示例将经过幅度调制器振幅调制后的第二连续激光拆分为两路后，分别经过一组声光调制器(AOM)和波片调制中心频率、光强、相位和偏振后，传输到两个或两个以上的离子进行双比特逻辑门操作。在一种示例性实例中，本应用示例第一连续激光中心频率为f0，幅度调制器的驱动频率为fEOM，fEOM与fh/2之差小于预设数值，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差，预设数值可以是1倍fh；当连续激光为远失谐激光时，fEOM等于fh；本应用示例可以利用调制后的第二连续激光的两路边带构造量子逻辑门，即f±＝f0±fEOM。第二连续激光拆分后分别经AOM调制后的第一路第二连续激光的频率成分为：
第二路第二连续激光的频率成分为
两路第二连续激光的中心频率之差为：|fAOM1-fAOM2|。
在一种示例性实例中，本应用示例第一连续激光中心频率为f0，幅度调制器的驱动频率为fEOM，fEOM与fh之差小于预设数值，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差，预设数值可以是1倍fh；当连续激光为远失谐激光时，fEOM等于fh；本应用示例可以利用调制后的第二连续激光的主频和其中一路边带构造量子逻辑门，即f+＝f0+fEOM，f-＝f0或f+＝f0，f-＝f0-fEOM。第二连续激光拆分为两路后，分别经AOM调制后的两路第二连续激光的频率成分分别为：
或者
经AOM调制后的两路第二连续激光的中心频率之差为：|fAOM1-fAOM2|。
在一种示例性实例中，本应用示例可以根据量子比特能级特性和量子逻辑门实现方案，确定需要获得的第二连续激光的属性，以此设置幅度调制器和AOM的调制频率。
在一种示例性实例中，本应用示例使用近共振的连续激光，通过斯塔克能级移动的方法来构建双比特量子逻辑门。本应用示例中的第二连续激光包括：在两个量子比特基失上引起的斯塔克能级移动不相等的激光。本应用示例使用两路第二连续激光的中心频率差|fAOM1-fAOM2|、与构建双比特量子逻辑门所激发的集体振动模式的本征频率ν相近，其具体数值可根据实际情况做动态调整。根据量子比特能级结构的具体性质，设置两路第二连续激光的偏振、光强、相位和中心频率，可使得第一路第二连续激光中的
的频率成分与第二路第二连续激光中的
的频率成分共同作用，在量子比特基矢其中一个子能级上引起斯塔克能级移动E1；第一路第二连续激光中的
的频率成分与第二路第二连续激光中的
的频率成分共同作用，在量子比特基矢另外一个子能级上引起斯塔克能级移动E2，且E1与E2不相等。利用AOM对两路第二连续激光的中心频率、相位和光强分别进行(动态)调整，利用预设角度的波片对两路第二连续激光的偏振分别进行调整，将两路第二连续激光从相反方向同时照射到至少两个量子比特上，再利用AOM控制照射时间，即可实现双比特量子逻辑门。
在一种示例性实例中，本应用示例使用远失谐的连续激光，通过MS方法来构建双比特量子逻辑门。本应用示例幅度调制器的驱动频率设置为：使参与逻辑门构建的第二连续激光中的两个频率成分的频率之差为fh，即f+-f-＝fh。AOM的驱动频率设置为使|fAOM1-fAOM2|小于预设倍数的构建双比特量子逻辑门所激发的集体振动模式的本征频率ν，其具体数值由量子计算相关原理计算可得，例如小于0.1倍v。此时，两路第二连续激光能同时激发两个量子比特基矢之间的红蓝边带跃迁，且红蓝边带跃迁波矢方向相反。根据量子比特能级结构的具体性质，本应用示例通过设置两路第二连续激光的偏振、光强、相位和中心频率，使第一路第二连续激光中的
的频率成分与第二路连续激光中的
的频率成分共同作用，激发量子比特基矢间的红边带跃迁；第一路连续激光中的
的频率成分与第二路连续激光中的
的频率成分共同作用，激发量子比特基矢间的蓝边带跃迁，且红蓝边带跃迁的波矢方向相反。利用AOM对两路第二连续激光的中心频率、相位和光强分别进行(动态)调整，利用波片对两路第二连续激光的偏振分别进行调整，将两路第二连续激光从相反方向同时照射到至少两个量子比特上，再利用AOM控制照射时间，即可实现双比特量子逻辑门。
在一种示例性实例中，本应用示例通过以下处理构建双比特量子逻辑门，包括：
第一连续激光经过幅度调制器振幅调制获得第二连续激光；
将第二连续激光拆分为两路；
分别调制两路第二连续激光的中心频率、光强、相位和偏振；
将中心频率、光强、相位和偏振调整后的两束第二连续激光，从不同方向经过寻址系统同时照射到需要构造量子逻辑门的至少两个量子比特上。
调控两路第二连续激光的照射时长，以实现双比特量子逻辑门。
其中，寻址系统设置为将第二连续激光传输和聚焦到离子上，寻址系统包括但不限于透镜组、声光偏转器等器件。
在一种示例性实例中，本应用示例两路第二连续激光的中心频率之差、与构建双比特量子逻辑门所激发的集体振动模式的本征频率的差值，小于第三预设数值倍的本征频率；第三预设数值可根据量子计算相关原理计算获得，例如可以等于0.1等。
图6为本发明应用示例实现双比特量子逻辑门的装置的结构示意图，如图6所示，第一连续激光经过幅度调制器进行振幅调制后，获得的第二连续激光经过分光元件分为两路，两路第二连续激光分别经过AOM调控中心频率、相位和光强，再通过波片进行偏振调节，最后通过各自路径上的寻址系统照射到离子量子比特上。通过AOM控制第二连续激光的照射时长，实现双比特量子逻辑门；其中，两路第二连续激光的中心频率之差、与构建双比特量子逻辑门所激发的集体振动模式的本征频率的差值，小于第三预设数值倍的本征频率。
“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)
1.一种构建量子逻辑门的方法，包括：
通过预设驱动频率的幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制，获得包含两个以上频率成分的用于构造量子逻辑门的第二连续激光；
通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门；
其中，所述量子逻辑门包括：单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一连续激光包括近共振的连续激光；
其中，所述第一连续激光的第一中心频率，与量子比特的基态能级和预设的激发态能级的共振频率之差为Δf；Δf小于fh的第一预设数值倍，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差；所述预设的激发态能级为预先确定的构建所述量子逻辑门所涉及的激发态能级。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一连续激光包括远失谐的连续激光；
其中，所述第一连续激光的第二中心频率，与量子比特的基态能级和预设的激发态能级的共振频率之差为Δf；Δf大于第二预设数值倍fh，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差；所述预设的激发态能级为预先确定的构建所述量子逻辑门所涉及的激发态能级。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二连续激光中的两个频率成分的频率之差等于fh；
其中，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设驱动频率fEOM等于fh/2或fh；
其中，fh为量子比特编码的两个基矢之间的频率差。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述量子逻辑门为单比特量子逻辑门时，所述通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门，包括：
调整单路的所述第二连续激光的以下一项或任意组合的参数：偏振、光强、相位和中心频率；
将调整参数后的所述第二连续激光照射量子比特第一预设时长，以实现量子比特基矢之间的拉曼跃迁。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二连续激光包括：在两个量子比特基失上引起的斯塔克能级移动不相等的激光。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或7所述的方法，其特征在于，所述量子逻辑门为多比特量子逻辑门时，所述通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门，包括：
将所述第二连续激光拆分为两路；
调整拆分获得的两路所述第二连续激光的以下一项或任意组合的参数：偏振、光强、相位和中心频率；
将调整参数的两路所述第二连续激光，从不同方向同时照射到需要构造所述量子逻辑门的至少两个量子比特上；
控制两路所述第二连续激光同时照射所述至少两个量子比特第二预设时长，以实现多比特量子逻辑门；
其中，两路所述第二连续激光的中心频率之差、与构建的所述多比特量子逻辑门所激发的集体振动模式的本征频率的差值，小于预设数值倍所述本征频率。
9.一种构建量子逻辑门的装置，包括：振幅调制单元和构建单元；其中，
振幅调制单元设置为：通过幅度调制器对第一连续激光进行振幅调制，获得包含两个以上频率成分的用于构造量子逻辑门的第二连续激光；
构建单元设置为：通过获得的第二连续激光构建量子逻辑门；
其中，所述量子逻辑门包括：单比特量子逻辑门和多比特量子逻辑门。
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