CN115700384A - 量子比特之间的直流串扰系数以及直流串扰矩阵获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量子比特之间的直流串扰系数以及直流串扰矩阵获取方法，包括确定初始工作电压，以使第二量子比特对第一量子比特无直流串扰影响且第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；更新第二量子比特的工作电压为第二电压，调整第一量子比特的工作电压至第一电压，以使第二量子比特对第一量子比特产生直流串扰影响且第一量子比特的频率等于所述第一频率；基于初始工作电压、第一电压以及第二电压获取第二量子比特对第一量子比特的直流串扰系数。本申请提出一种用于测量量子比特之间串扰影响的方案，并且，利用本申请的方案可以快捷地获取两个量子比特之间的直流串扰系数，有效提高了量子芯片测试过程的效率。

Description

量子比特之间的直流串扰系数以及直流串扰矩阵获取方法

技术领域

本发明涉及量子计算领域，尤其是涉及一种量子比特之间的直流串扰系数以及直流串扰矩阵获取方法。

背景技术

请参考图1，图1为现有技术中一种量子芯片的结构示意图，通过图1可以看出，在对量子芯片中量子比特进行调控时，需要利用磁通调制线传输信号给对应的量子比特，磁通调制线包括DC flux和AC flux。由于串扰现象的存在，在对某个量子比特进行调控时，不仅会影响到被调控量子比特自身的频率，还能影响到量子芯片上其它量子比特的频率。例如，对量子芯片中某个量子比特的DC flux信号线施加一个DC信号时，除了影响该量子比特频率外，还会导致附近量子比特频率产生变化，这种现象称为直流串扰。如果忽视这种影响，那么利用量子芯片进行量子计算时最终得到的结果会出现严重的误差，甚至会得到错误结果。目前，现有技术中并未有公开文件披露量子芯片直流串扰影响的测量方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子比特之间的直流串扰系数以及直流串扰矩阵获取方法，以解决现有技术中未有公开文件披露量子芯片直流串扰影响的测量方案。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种量子比特之间的直流串扰系数获取方法，包括：

确定第一量子比特与第二量子比特的初始工作电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响且所述第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

更新所述第二量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特产生直流串扰影响且所述第一量子比特的频率等于所述第一频率；

基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数。

可选地，所述基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数，包括：

基于所述第一量子比特的初始工作电压以及所述第二量子比特的初始工作电压，获取第一列矩阵；

基于所述第一电压以及所述第二电压，获取第二列矩阵；

基于所述第一列矩阵以及所述第二列矩阵，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数。

可选地，所述第一列矩阵为[V₀₁，V₀₂]^T，所述第二列矩阵为[V₁，V₂]^T，所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数与所述第一列矩阵、所述第二列矩阵存在以下关系：

[1，C₁₂][V₀₁，V₀₂]^T＝[1，C₁₂][V₁，V₂]^T；

其中，C₁₂为所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数，V₀₁为所述第一量子比特的初始工作电压，V₀₂为所述第二量子比特的初始工作电压，V₁为所述第一电压，V₂为所述第二电压。

可选地，所述调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，包括：

将所述第一量子比特的工作电压设置为第三电压，获取所述第一量子比特此时的频率为第二频率；

基于第一DC调制谱获取所述第二频率对应的第四电压，其中，所述第一DC调制谱为所述第一量子比特不存在直流串扰影响时测量得到的DC调制谱；

所述第一电压按照以下公式获取：V₁＝V₀₁+V₃-V₄；其中V₀₁为所述第一量子比特的初始工作电压，V₁为所述第一电压，V₃为所述第三电压，V₄为所述第四电压。

可选地，所述第二频率通过Ramsey实验获取。

基于同一发明构思，本发明还提出一种直流串扰矩阵获取方法，所述直流串扰矩阵包括待测量子芯片中若干个量子比特之间的直流串扰系数，所述直流串扰系数通过权利要求1-5中任一项所述的直流串扰系数获取方法确定。

基于同一发明构思，本发明还提出一种直流串扰矩阵获取方法，包括：

确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

基于所述N个量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第k个量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数；

基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

可选地，所述基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵，包括：

判断所有其它量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数是否均已获取；

若否，则重新选择所述第k个量子比特，并返回执行所述更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

若是，则判断所述N个量子比特之间的直流串扰系数是否均已获取；

若否，则重新选择所述第i个量子比特，并返回执行所述确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

若是，则基于已获得的若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

可选地，所述调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，包括：

将所述第i个量子比特的设置为第三电压，获取所述第i个量子比特此时的频率为第一频率；

基于所述第一频率在第一DC调制谱上获取对应的第四电压，其中，所述第一DC调制谱为所述第i个量子比特不存在直流串扰影响时测量得到的DC调制谱；

所述第一电压按照以下公式获取：V₁＝V₀₁+V₃-V₄；其中V₀₁为所述第i个量子比特的初始工作电压，V₁为所述第二电压，V₃为所述第三电压，V₄为所述第四电压。

基于同一发明构思，本发明还提出一种量子比特之间的直流串扰系数获取装置，包括：

初始工作电压确定模块，其被配置为确定第一量子比特与第二量子比特的初始工作电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响且所述第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

电压调整模块，其被配置为更新所述第二量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特产生直流串扰影响且所述第一量子比特的频率等于所述第一频率；

串扰系数获取模块，其被配置为基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数。

基于同一发明构思，本发明还提出一种直流串扰矩阵获取装置，包括：

第一模块，其被配置为确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

第二模块，其被配置为更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

第三模块，其被配置为基于所述N个量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第k个量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数；

第四模块，其被配置为基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

基于同一发明构思，本发明还提出一种量子测控系统，包括所述的直流串扰系数获取装置，或所述的直流串扰矩阵获取装置。

基于同一发明构思，本发明还提出一种量子计算机，包括所述的量子测控系统。

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直流串扰系数获取方法，或是实现所述的直流串扰矩阵获取方法，或实现上述特征描述中任一项所述的直流串扰矩阵获取方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的量子比特之间的直流串扰系数获取方法，确定第一量子比特与第二量子比特的初始工作电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响且所述第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；更新所述第二量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特产生直流串扰影响且所述第一量子比特的频率等于所述第一频率；基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数。基于此，本申请相当于提出一种用于测量两个量子比特之间串扰影响的方案，弥补了现有技术的空白，并且，利用本申请的方案可以快捷地获取两个量子比特之间的直流串扰系数，有效提高了量子芯片测试过程的效率。

本发明还提出一种直流串扰矩阵获取方法、量子比特之间的直流串扰系数获取装置、直流串扰矩阵获取装置、量子测控系统、量子计算机以及可读存储介质，与所述直流串扰系数获取方法属于同一发明构思，因此具有相同有益效果，在此不做赘述。

附图说明

图1为现有技术中的一种量子芯片的结构示意图；

图2为本发明实施例提出的量子比特之间的直流串扰系数获取方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提出的直流串扰矩阵获取方法的流程示意图。

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。

通过背景技术部分描述可知，量子芯片中各个量子比特之间存在直流串扰影响，假设量子芯片中有N个比特，那么该量子芯片对应的直流串扰矩阵为N*N矩阵。需要注意的是，量子比特本身的磁通调制线对量子比特自身的直流串扰系数为1，也即N*N矩阵的对角线的元素均为1，因此，串扰矩阵中有N(N-1)个元素需要确定，每一行均有N-1个元素需要确定。以一个3量子比特的量子芯片为例，该量子芯片的串扰矩阵为3*3矩阵，串扰矩阵如下：

其中，C₁₁为量子比特Q₁对自身的直流串扰系数，C₁₂为量子比特Q₂对量子比特Q₁的直流串扰系数，C₁₃为量子比特Q₃对量子比特Q₁的直流串扰系数；C₂₁为量子比特Q₁对量子比特Q₂的直流串扰系数，C₂₂为量子比特Q₂对自身的直流串扰系数，C₂₃为量子比特Q₃对量子比特Q₂的直流串扰系数；C₃₁为量子比特Q₁对量子比特Q₃的直流串扰系数，C₃₂为量子比特Q₂对量子比特Q₃的直流串扰系数，C₃₃为量子比特Q₃对自身的直流串扰系数；其中，C₁₁、C₂₂、C₃₃为1。

对本领域技术人员而言，在拿到一块量子芯片时，如何准确地获得该量子芯片中各个量子比特之间的直流串扰系数，在前期量子芯片测试阶段格外重要，并且会直接影响后期芯片使用阶段的可靠性。可以预见的是，随着技术的不断发展，后期一块量子芯片中量子比特的数量必然是巨大的，包含几百量子比特、几千量子比特甚至几万量子比特的量子芯片均会陆续投入使用，因此，除了要准确获得量子芯片中各个量子比特之间的直流串扰系数外，还必须可以实现快速获取。

基于上述考量，发明人提出了一种量子比特之间的直流(DC)串扰系数获取方法，先确定一组初始工作电压，其中，第一量子比特的初始工作电压使得第一量子比特处于磁通调制的敏感点，第二量子比特的初始工作电压使得第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响，这里提到的无直流串扰影响，在一定程度上可以理解为第二量子比特处于不工作的状态或者不施加DC信号。本领域技术人员可以理解的是，所述直流串扰指的是量子比特磁通调制线上施加的直流信号之间由于电磁场泄露引起的串扰，本质上影响的是量子比特磁通量大小。而这里提到的磁通调制的敏感点，是从量子比特的频率随磁通量的调制曲线上获取，当量子比特工作在磁通调制的敏感点时，即使磁通量发生很小变化，对应量子比特的频率的值会发生很大改变，因此，将第一量子比特的初始工作电压设置在磁通调制的敏感点可以更方便观察直流串扰影响。然后调整第二量子比特的工作电压为第一电压使得第二量子比特对所述第一量子比特产生了直流串扰影响，并且不断调整第一量子比特的工作电压为第二电压，使得第一量子比特的频率回到其处于初始工作电压时对应的频率。最后基于初始工作电压、第一电压以及第二电压获得第二量子比特对第一量子比特的直流串扰系数。

以下结合具体实施例来对上述发明构思进行详细阐述，请参考图2，本实施例提供了一种量子比特之间的直流串扰系数获取方法，包括：

S1：确定第一量子比特与第二量子比特的初始工作电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响且所述第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

S2：更新所述第二量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特产生直流串扰影响且所述第一量子比特的频率等于所述第一频率；

S3：基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数。

本发明实施例提出的直流串扰系数获取方法，确定第一量子比特与第二量子比特的初始工作电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响且所述第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；更新所述第二量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特产生直流串扰影响且所述第一量子比特的频率等于所述第一频率；基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数。基于此，本申请相当于提出一种用于测量量子比特之间串扰影响的方案，弥补了现有技术的空白，并且，利用本申请的方案可以快捷地获取两个量子比特之间的直流串扰系数，有效提高了量子芯片测试过程的效率。

通过前面描述可知，两个量子比特之间存在一个2*2的直流串扰矩阵，该直流串扰矩阵的第一行为[C₁₁，C₁₂]，第二行为[C₂₁，C₂₂]，C₁₁和C₂₂为1，所述第一量子比特的初始电压以及所述第二量子比特的初始电压构成一电压组合，该电压组合设为第一列矩阵，此时第一列矩阵为[V₀₁，V₀₂]^T，所述第一电压以及所述第二电压构成另一电压组合，并设为第二列矩阵，此时第二列矩阵为[V₁，V₂]^T，通过前面S2步骤可知，将第一量子比特的电压调整到第二电压使得第一量子比特的频率回到初始工作电压时的频率，因此，实际上对于第一量子比特而言，这两组电压经过直流串扰矩阵后施加到第一量子比特上的有效电压都相等，即存在方程：[1，C₁₂][V₀₁，V₀₂]^T＝[1，C₁₂][V₁，V₂]^T。通过该方程可以便捷求得所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数，仅需获取两个量子比特的初始工作电压、所述第一电压和所述第二电压即可，因此，利用本申请的技术方案可以快速获得量子比特的直流串扰系数。

具体地，所述基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数，包括：

基于所述第一量子比特的初始工作电压以及所述第二量子比特的初始工作电压，获取第一列矩阵；

基于所述第一电压以及所述第二电压，获取第二列矩阵；

基于所述第一列矩阵以及所述第二列矩阵，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数。

进一步地，所述第一列矩阵为[V₀₁，V₀₂]^T，所述第二列矩阵为[V₁，V₂]^T，所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数与所述第一列矩阵、所述第二列矩阵存在以下关系：

[1，C₁₂][V₀₁，V₀₂]^T＝[1，C₁₂][V₁，V₂]^T；

其中，C₁₂为所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数，V₀₁为所述第一量子比特的初始工作电压，V₀₂为所述第二量子比特的初始工作电压，V₁为所述第一电压，V₂为所述第二电压。

具体地，所述调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，包括：

将所述第一量子比特的工作电压设置为第三电压，获取所述第一量子比特此时的频率为第二频率，在本实施例中，所述第二频率优选通过Ramsey实验获取。

基于第一DC调制谱获取所述第二频率对应的第四电压，其中，所述第一DC调制谱为所述第一量子比特不存在直流串扰影响时测量得到的DC调制谱，DC调制谱用于表征量子比特的频率随DC电压大小变化的曲线，其纵坐标为DC值，其横坐标为量子比特的频率值；

所述第一电压按照以下公式获取：V₁＝V₀₁+V₃-V₄；其中V₀₁为所述第一量子比特的初始工作电压，V₁为所述第一电压，V₃为所述第三电压，V₄为所述第四电压。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出一种直流串扰矩阵获取方法，所述直流串扰矩阵包括待测量子芯片中若干个量子比特之间的直流串扰系数，所述直流串扰系数通过上述特征描述中任一项所述的直流串扰系数获取方法确定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出一种直流串扰矩阵获取方法，包括：

S10：确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

S20：更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

S30：基于所述N个量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第k个量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数；

S40：基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

本实施例提出了一种用于量子芯片中直流串扰矩阵获取方法，弥补了现有技术的空白，并且，利用本申请的方案可以快捷地获取量子芯片中各个量子比特之间的直流串扰系数，有效提高了量子芯片测试过程的效率。

假设量子芯片中有N个量子比特，那么该量子芯片对应的直流串扰矩阵为N*N矩阵，N*N矩阵的对角线值均为1。因此，串扰矩阵中有N(N-1)个元素需要确定，每一行均有N-1个元素需要确定。假设现在要确定第i行的(N-1)个矩阵元，只需求解N-1个线性无关的独立方程组，具体方案如下：

将第i个量子比特(也即目标量子比特)的工作点(也即工作电压)调整为偏离简并点(量子比特频率对磁通调制的不敏感点)以使得目标量子比特处于磁通调制敏感点(例如可将第i个量子比特的工作电压设置为偏离简并点50MHz对应的电压)，其它量子比特的电压均处于对目标量子比特无串扰影响或串扰影响很小的点，假设此时的初始电压组合为[V₁，V₂…V_N]^T，准确记录此时量子比特i的频率f_{_i}，然后依次变动量子比特k(k≠i)的电压，由于直流串扰的存在，目标量子比特i的频率肯定会发生漂移，假设为f_{_i_offset}。在每次变动量子比特k时，均启动自动校准流程调节目标量子比特i的电压，直至目标量子比特i的频率回到f_{_i}，假设此时目标量子比特的电压为V_{i_offset}。根据前面对直流串扰系数获取方案的描述可知，由于这N组电压经过直流串扰矩阵后施加到目标量子比特i上的有效电压都相等，即得N-1个线性无关的方程组。

定义串扰系数为C_mn表示第n个量子比特对第m个量子比特的串扰系数，那么串扰矩阵的第i行包含[C_i1，C_i2…C_iN]，其中C_ii＝1。在每次变动量子比特k(i≠k)时，均会获得一组有关目标量子比特i和量子比特k工作电压的变动值，将这一组变动值更新到初始电压组合中，得到一个更新的列矩阵，由于这N组电压经过串扰矩阵后施加到目标量子比特i上的有效电压都相等，因此，存在：

[C_i1，C_i2…C_iN]*[V₁，V₂…V_N]^T＝[C_i1，C_i2…C_iN]*更新后的列矩阵；

通过上面的公式，在变动完除目标量子比特i外的N-1个量子比特的电压后，可以获得N-1个线性无关的方程组，通过这个方程组可以求得第i行N-1个串扰系数。对于量子芯片中所有的量子比特均可按照上述方法，依次求出整个串扰矩阵。具体地，所述基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵，包括：

S401：判断所有其它量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数是否均已获取；

S402：若否，则重新选择所述第k个量子比特，并返回执行所述更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

S403：若是，则判断所述N个量子比特之间的直流串扰系数是否均已获取；

S404：若否，则重新选择所述第i个量子比特，并返回执行所述确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

S405：若是，则基于已获得的若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

优选地，为了实现将第i个量子比特的工作电压快速校准到发生直流串扰影响后的第一频率对应的电压值，所述直流串扰矩阵获取方法中，所述调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，包括：

将所述第i个量子比特的设置为第三电压，获取所述第i个量子比特此时的频率为第一频率；

基于所述第一频率在第一DC调制谱上获取对应的第四电压，其中，所述第一DC调制谱为所述第i个量子比特不存在直流串扰影响时测量得到的DC调制谱；

所述第一电压按照以下公式获取：V₁＝V₀₁+V₃-V₄；其中V₀₁为所述第i个量子比特的初始工作电压，V₂为所述第二电压，V₃为所述第三电压，V₄为所述第四电压。

为了便于本领域技术人员更好地理解本申请提出的直流串扰矩阵获取方法，以下以包含3个量子比特的量子芯片为例进行详细阐述直流串扰矩阵的获取过程，其中，3个量子比特分别为Q₁、Q₂、Q₃，假设直流串扰矩阵如下(每个直流串扰系数的定义参考上述C_mn的描述)：

第一步：提供一待测量子芯片(3bit)；

第二步：设定三个量子比特的初始工作电压组合[V₁，V₂，V₃]^T；可以理解的是，根据当前需要确定其中一行的串扰系数选取初始电压组合，例如，如果此时需要确定直流串扰矩阵中第一行的直流串扰系数，那此时将Q₁的工作点偏离简并点50MHz，其它量子比特的电压均处于对Q₁无串扰影响或串扰影响很小的点；

第三步：确定初始电压组合下，Q₁的频率为f₁；

第四步：调整Q₂的电压大小为V_{2_offset1}，由于直流串扰的影响，Q₁的频率发生漂移，通过调整Q₁的电压值使得Q1的频率校准回f₁，当前Q₁的电压设为V_{1_offset1}；

第五步：利用V_{1_offset1}和V_{2_offset1}更新初始工作电压组合，得到[V_{1_offset1}，V_{2_offset1}，V₃]^T；需要注意的是，本步骤结束后，将Q₂的电压更新为V₂

第六步：调整Q₃的电压大小为V_{3_offset1}，同理，由于直流串扰的影响，Q₁的频率发生漂移，通过调整Q₁的电压值使得Q₁的频率校准回f₁，当前Q₁的电压设为V_{1_offset2}；

第七步：利用V_{1_offset2}和V_{3_offset1}更新初始工作电压组合，得到[V_{1_offset2}，V₂，V_{3_offset1}]^T；

第八步：由于这三组电压经过串扰矩阵后施加到目标量子比特Q₁上的有效电压都相等，因此，存在：

[C₁₁，C₁₂，C₁₃][V₁，V₂，V₃]^T＝[C₁₁，C₁₂，C₁₃][V_{1_offset1}，V_{2_offset1}，V₃]^T；(1)

[C₁₁，C₁₂，C₁₃][V₁，V₂，V₃]^T＝[C₁₁，C₁₂，C₁₃][V_{1_offset2}，V₂，V_{3_offset1}]^T；(2)

通过式1可得：C₁₂＝(V₁-V_{1_offset1})/(V_{2_offset1}-V₂)；

通过式2可得：C₁₃＝(V₁-V_{1_offset2})/(V_{3_offset1}–V₃)；

第九步：重新设定初始电压组合[V₁，V₂，V₃]^T；此时，Q₂的工作点偏离简并点50MHz(目标量子比特的工作电压设置为V₁)，其它量子比特的电压均处于对Q₂无串扰影响或串扰影响很小的点，需要注意的是，这里的初始电压组合与前面确定第一行直流串扰系数时的初始电压组合不同；

第十步：确定初始电压组合下，Q₂的频率为f₂；

第十一步：调整Q₁的电压大小为V_{1_offset3}，由于直流串扰的影响，Q₂的频率发生漂移，通过调整Q₂的电压值使得Q₂的频率校准回f₂，当前Q₂的电压设为V_{2_offset2}；

第十二步：利用V_{1_offset3}和V_{2_offset2}更新初始工作电压组合，得到[V_{1_offset3}，V_{2_offset2}，V₃]^T；需要注意的是，本步骤结束后，将Q₁的电压更新为V₁；

第十三步：调整Q₃的电压大小为V_{3_offset2}，同理，由于直流串扰的影响，Q₂的频率发生漂移，通过调整Q₂的电压值使得Q₂的频率校准回f₂，当前Q₂的电压设为V_{2_offset3}；

第十四步：利用V_{2_offset3}和V_{3_offset2}更新初始工作电压组合，得到[V₁，V_{2_offset3}，V_{3_offset2}]^T；

第十五步：由于这三组电压经过串扰矩阵后施加到目标量子比特Q₂上的有效电压都相等，因此，存在：

[C₂₁，C₂₂，C₂₃][V₁，V₂，V₃]^T＝[C₂₁，C₂₂，C₂₃][V_{1_offset3}，V_{2_offset2}，V₃]^T；(3)

[C₂₁，C₂₂，C₂₃][V₁，V₂，V₃]^T＝[C₂₁，C₂₂，C₂₃][V₁，V_{2_offset3}，V_{3_offset2}]^T；(4)

通过式3可得：C₂₁＝(V_{2_offset3}-V₂)/(V₁-V_{1_offset3})；

通过式4可得：C₂₃＝(V_{2_offset3}-V₂)/(V₃–V_{3_offset2})；

第十六步：重新设定初始电压组合[V₁，V₂，V₃]^T；此时，Q₃的工作点偏离简并点50MHz，其它量子比特的电压均处于对Q₃无串扰影响或串扰影响很小的点，需要注意的是，这里的初始电压组合与前面的初始电压组合不同；

第十七步：确定初始电压组合下，Q₃的频率为f₃；

第十八步：调整Q₁的电压大小为V_{1_offset4}，由于直流串扰的影响，Q₃的频率发生漂移，通过调整Q₃的电压值使得Q₃的频率校准回f₃，当前Q₃的电压设为V_{3_offset3}；

第十九步：利用V_{1_offset4}和V_{3_offset3}更新初始工作电压组合，得到[V_{1_offset4}，V₂，V_{3_offset3}]^T；需要注意的是，本步骤结束后，将Q₁的电压更新为V₁；

第二十步：调整Q₂的电压大小为V_{2_offset4}，同理，由于直流串扰的影响，Q₃的频率发生漂移，通过调整Q₃的电压值使得其频率校准回f₃，当前Q₃的电压设为V_{3_offset4}；

第二十一步：利用V_{2_offset4}和V_{3_offset4}更新初始工作电压组合，得到[V₁，V_{2_offset4}，V_{3_offset4}]^T；

第二十二步：由于这三组电压经过串扰矩阵后施加到目标量子比特Q₃上的有效电压都相等，因此，存在：

[C₃₁，C₃₂，C₃₃][V₁，V₂，V₃]^T＝[C₃₁，C₃₂，C₃₃][V_{1_offset4}，V₂，V_{3_offset3}]^T；(5)

[C₃₁，C₃₂，C₃₃][V₁，V₂，V₃]^T＝[C₃₁，C₃₂，C₃₃][V₁，V_{2_offset4}，V_{3_offset4}]^T；(6)

通过式5可得：C₃₁＝(V_{3_offset3}-V₃)/(V₁-V_{1_offset4})；

通过式6可得：C₃₂＝(V_{3_offset4}-V₃)/(V₂–V_{2_offset4})；

第二十三步：基于上述过程确定的各个直流串扰系数，获取所述直流串扰矩阵。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出一种量子比特之间的直流串扰系数获取装置，包括：

初始工作电压确定模块，其被配置为确定第一量子比特与第二量子比特的初始工作电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响且所述第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

电压调整模块，其被配置为更新所述第二量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特产生直流串扰影响且所述第一量子比特的频率等于所述第一频率；

串扰系数获取模块，其被配置为基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数。

可以理解的是，所述初始工作电压确定模块、所述电压调整模块以及所述串扰系数获取模块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，所述初始工作电压确定模块、所述电压调整模块以及所述串扰系数获取模块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，所述初始工作电压确定模块、所述电压调整模块以及所述串扰系数获取模块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，所述初始工作电压确定模块、所述电压调整模块以及所述串扰系数获取模块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。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出一种直流串扰矩阵获取装置，包括：

第一模块，其被配置为确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

第二模块，其被配置为更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

第三模块，其被配置为基于所述N个量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第k个量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数；

第四模块，其被配置为基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

可以理解的是，所述第一模块、所述第二模块、所述第三模块以及所述第四模块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，所述第一模块、所述第二模块、所述第三模块以及所述第四模块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，所述第一模块、所述第二模块、所述第三模块以及所述第四模块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，所述第一模块、所述第二模块、所述第三模块以及所述第四模块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。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出一种量子测控系统，包括所述的直流串扰系数获取装置，或所述的直流串扰矩阵获取装置。

基于同一发明构思，本发明实施例还提出一种量子计算机，包括所述的量子测控系统。

基于同一发明构思，本发明实施例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直流串扰系数获取方法，或是实现所述的直流串扰矩阵获取方法，或实现上述特征描述中任一项所述的直流串扰矩阵获取方法。

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)

1.一种量子比特之间的直流串扰系数获取方法，其特征在于，包括：

确定第一量子比特与第二量子比特的初始工作电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响且所述第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

更新所述第二量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特产生直流串扰影响且所述第一量子比特的频率等于所述第一频率；

基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数。

2.如权利要求1所述的直流串扰系数获取方法，其特征在于，所述基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数，包括：

基于所述第一量子比特的初始工作电压以及所述第二量子比特的初始工作电压，获取第一列矩阵；

基于所述第一电压以及所述第二电压，获取第二列矩阵；

基于所述第一列矩阵以及所述第二列矩阵，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数。

3.如权利要求2所述的直流串扰系数获取方法，其特征在于，所述第一列矩阵为[V₀₁，V₀₂]^T，所述第二列矩阵为[V₁，V₂]^T，所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数与所述第一列矩阵、所述第二列矩阵存在以下关系：

[1，C₁₂][V₀₁，V₀₂]^T＝[1，C₁₂][V₁，V₂]^T；

其中，C₁₂为所述第二量子比特对所述第一量子比特的串扰系数，V₀₁为所述第一量子比特的初始工作电压，V₀₂为所述第二量子比特的初始工作电压，V₁为所述第一电压，V₂为所述第二电压。

4.如权利要求1所述的直流串扰系数获取方法，其特征在于，所述调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，包括：

将所述第一量子比特的工作电压设置为第三电压，获取所述第一量子比特此时的频率为第二频率；

基于第一DC调制谱获取所述第二频率对应的第四电压，其中，所述第一DC调制谱为所述第一量子比特不存在直流串扰影响时测量得到的DC调制谱；

所述第一电压按照以下公式获取：V₁＝V₀₁+V₃-V₄；其中V₀₁为所述第一量子比特的初始工作电压，V₁为所述第一电压，V₃为所述第三电压，V₄为所述第四电压。

5.如权利要求4所述的直流串扰系数获取方法，其特征在于，所述第二频率通过Ramsey实验获取。

6.一种直流串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述直流串扰矩阵包括待测量子芯片中若干个量子比特之间的直流串扰系数，所述直流串扰系数通过权利要求1-5中任一项所述的直流串扰系数获取方法确定。

7.一种直流直流串扰矩阵获取方法，其特征在于，包括：

确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

基于所述N个量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第k个量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数；

基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

8.如权利要求7所述的直流直流串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵，包括：

判断所有其它量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数是否均已获取；

若否，则重新选择所述第k个量子比特，并返回执行所述更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

若是，则判断所述N个量子比特之间的直流串扰系数是否均已获取；

若否，则重新选择所述第i个量子比特，并返回执行所述确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

若是，则基于已获得的若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

9.如权利要求8所述的直流直流串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，包括：

将所述第i个量子比特的设置为第三电压，获取所述第i个量子比特此时的频率为第一频率；

基于所述第一频率在第一DC调制谱上获取对应的第四电压，其中，所述第一DC调制谱为所述第i个量子比特不存在直流串扰影响时测量得到的DC调制谱；

所述第一电压按照以下公式获取：V₁＝V₀₁+V₃-V₄；其中V₀₁为所述第i个量子比特的初始工作电压，V₁为所述第二电压，V₃为所述第三电压，V₄为所述第四电压。

10.一种量子比特之间的直流串扰系数获取装置，其特征在于，包括：

初始工作电压确定模块，其被配置为确定第一量子比特与第二量子比特的初始工作电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特无直流串扰影响且所述第一量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

电压调整模块，其被配置为更新所述第二量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第一量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第二量子比特对所述第一量子比特产生直流串扰影响且所述第一量子比特的频率等于所述第一频率；

串扰系数获取模块，其被配置为基于所述第一量子比特与所述第二量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的直流串扰系数。

11.一种直流直流串扰矩阵获取装置，其特征在于，包括：

第一模块，其被配置为确定一待测量子芯片中N个量子比特的初始工作电压，以使其余量子比特对第i个量子比特无直流串扰影响且所述第i个量子比特具有处于磁通调制敏感点的第一频率；

第二模块，其被配置为更新第k个量子比特的工作电压为第二电压，调整所述第i个量子比特的工作电压至第一电压，以使所述第k个量子比特对所述第i个量子比特产生直流串扰影响且所述第i个量子比特的频率等于所述第一频率；

第三模块，其被配置为基于所述N个量子比特的初始工作电压、所述第一电压以及所述第二电压，获取所述第k个量子比特对所述第i个量子比特的直流串扰系数；

第四模块，其被配置为基于若干个直流串扰系数获取所述直流串扰矩阵。

12.一种量子测控系统，其特征在于，包括权利要求10所述的直流串扰系数获取装置，或权利要求11所述的直流串扰矩阵获取装置。

13.一种量子计算机，其特征在于，包括权利要求12所述的量子测控系统。

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5中任一项所述的直流串扰系数获取方法，或是实现权利要求6所述的直流串扰矩阵获取方法，或实现权利要求7、8中任一项所述的直流串扰矩阵获取方法。

Images