CN115700386A - 量子比特之间的ac串扰系数获取方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于芯片测控领域，具体公开了一种量子比特之间的AC串扰系数获取方法。该方法对芯片中第一量子比特进行Ramsey实验，在Ramsey实验的两个X/2门间对第一和第二量子比特施加第一和第二AC信号，并多次改变第二AC信号的幅值使第二量子比特对第一量子比特产生串扰影响，通过线性拟合第一AC信号受AC串扰影响后的幅值与对应的第二AC信号幅值间的关系，获取第二量子比特对第一量子比特的AC串扰系数。依次对芯片中剩余的量子比特执行上述方案，直至所有的量子比特间的AC串扰系数均已获得，AC串扰矩阵包括所有AC串扰系数。本申请提供了量子比特之间的AC串扰系数和超导量子芯片的AC串扰矩阵的标准测量方法。
Description
技术领域
本申请属于量子芯片测试领域，特别是一种量子比特之间的AC串扰系数获取方法。
背景技术
实现量子计算的物理体系有超导量子计算、半导体量子计算、离子阱量子计算等，其中超导量子计算的核心是超导量子芯片，超导量子芯片上设置有若干个量子比特。在对超导量子芯片中量子比特进行调控时，需要利用Z控制线传输磁通调制信号给与之对应的量子比特，以调整量子比特的工作频率。Z控制线传输的磁通调制信号包括DC flux信号(以下简称“DC信号”)和AC flux信号(以下简称“AC信号”)，其中，DC信号用于调控量子比特的频率到idle频率位置，以完成量子比特的初态制备，AC信号用于快速把量子比特的频率由idle频率位置调节到特定位置进行表征。
由于串扰现象的存在，在对超导量子芯片上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，还能影响到其它量子比特的频率。例如，对超导量子芯片中某个量子比特的AC信号线施加一个AC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的频率产生变化，这种现象称为AC串扰。如果忽视这种影响，那么利用超导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。
一般地，AC串扰的影响程度可以使用串扰系数来表征，串扰系数组成的矩阵称为AC串扰矩阵。对于包括N个量子比特的超导量子芯片，其AC串扰矩阵为N*N的矩阵。量子比特之间的AC串扰系数及量子芯片的AC串扰矩阵的测量，对超导量子芯片的测控操作具有重要意义。目前，现有技术中并未有公开文件披露超导量子比特之间的AC串扰系数及量子芯片AC串扰矩阵的测量方案。
发明内容
本申请的目的是提供一种量子比特之间的AC串扰系数获取方法、量子芯片的AC串扰矩阵获取方法、量子比特之间的AC串扰系数获取装置、量子芯片的AC串扰矩阵获取装置、量子测控系统、量子计算机和计算机可读存储介质，所述量子比特之间的AC串扰系数获取方法能够测量出超导量子芯片上多个可调超导量子比特之间的AC串扰系数，所述量子芯片的AC串扰矩阵获取方法以解决现有技术中的不足，它能够测量出超导量子芯片上多个可调超导量子比特之间的AC串扰矩阵。
本申请第一方面实施例采用的技术方案如下：
一种量子比特之间的AC串扰系数获取方法，所述方法包括：
对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
基于所述Ramsey实验获取的所述第一量子比特的目标工作频率；
基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
根据本申请的一个实施例，所述第一AC信号和所述第二AC信号均采用方波信号，所述第一AC信号和所述第二AC信号的脉冲宽度相等。
根据本申请的一个实施例，所述对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，包括：
根据所述AC调制谱确定所述第一量子比特的简并工作点；
根据所述简并工作点以及预设频率偏离量确定和所述简并工作点相关的磁通调制敏感点；
根据所述磁通调制敏感点确定所述第一电压，并将所述第一AC信号的幅值设置为所述第一电压。
根据本申请的一个实施例，所述基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，包括：
获取一组第一数据，所述第一数据包括所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压；
判断所述第一数据的组数是否满足预设条件；
若是，则基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
若否，则重新设置所述第二电压的大小，并返回执行所述对第一量子比特执行Ramsey实验。
根据本申请的一个实施例，所述预设条件包括预设所述Ramsey实验的执行次数。
根据本申请的一个实施例，所述基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，包括：
对于每一组所述第一数据，计算所述第三电压相对于所述第一电压的变化量，获取所述变化量和所述第二电压之间线性关系的系数；
获取所有所述系数的平均值，将所述系数的平均值作为所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
根据本申请的一个实施例，所述重新设置所述第二电压的大小，包括：所述第二电压按照预设步长在预设范围内递增或递减。
本申请第二方面实施例提出了一种量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，所述AC串扰矩阵包括所述待测量子芯片中若干个量子比特间的AC串扰系数，所述AC串扰系数通过上述特征描述中任一项所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法确定。
本申请第三方面实施例还提出了一种量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，所述方法包括：
将待测量子芯片中某一量子比特设置为第一量子比特，将另一量子比特设置为第二量子比特；
对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
基于所述Ramsey实验获取所述第一量子比特的目标工作频率；
基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
判断所述待测超导量子芯片中所有的所述量子比特间的AC串扰系数是否均已获取，若是，则基于所述AC串扰系数生成所述待测超导量子芯片的AC串扰矩阵，若否，则重新选取所述第一量子比特和/或所述第二量子比特，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
根据本申请的一个实施例，所述基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，包括：
获取一组第一数据，所述第一数据包括所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压；
判断所述第一数据的组数是否满足预设条件；
若是，则基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
若否，则重新设置所述第二电压的大小，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
根据本申请的一个实施例，所述预设条件包括预设所述Ramsey实验的执行次数。
根据本申请的一个实施例，所述重新设置所述第二电压的大小，具体包括：所述第二电压按照预设步长在预设范围内递增或递减。
本申请第四方面实施例提出了一种量子比特之间的AC串扰系数获取装置，包括：
实验模块，其被配置为对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
工作频率获取模块，其被配置为基于所述Ramsey实验获取的所述第一量子比特的目标工作频率；
电压获取模块，其被配置为基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
串扰系数获取模块，其被配置为基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
本申请第五方面实施例提出了一种量子芯片的AC串扰矩阵获取装置，包括：
第一模块，其被配置为将待测超导量子芯片中某一量子比特设置为第一量子比特，将另一量子比特设置为第二量子比特；
第二模块，其被配置为对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
第三模块，其被配置为基于所述Ramsey实验获取的所述第一量子比特的目标工作频率；
第四模块，其被配置为基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
第五模块，其被配置为基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
第六模块，其被配置为判断所述待测超导量子芯片中所有的所述量子比特间的AC串扰系数是否均已获取，若是，则基于所述AC串扰系数生成所述待测超导量子芯片的AC串扰矩阵，若否，则重新选取所述第一量子比特和/或所述第二量子比特，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
本申请第六方面实施例提出了一种量子测控系统，包括上述特征描述的量子比特之间的AC串扰系数获取装置，或包括上述特征描述的量子芯片的AC串扰矩阵获取装置。
本申请第七方面实施例提出了一种量子计算机，包括上述的量子测控系统。
本申请第八方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，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第一方面实施例的特征描述中任一项所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，或是实现第二方面实施例的特征描述的量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，或实现第三方面实施例的特征描述中任一项所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取方法。
与现有技术相比，本申请针对选定的待测量第一量子比特和第二量子比特，对所述第一量子比特进行Ramsey实验，在所述Ramsey实验的两个X/2门之间对所述第一量子比特和第二量子比特各施加第一AC信号和第二AC信号，所述第一AC信号的幅值第一电压使得所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，所述第二AC信号的幅值第二电压使得所述第二量子比特对所述第一量子比特存在串扰影响，基于所述第一量子比特的目标工作频率和AC调制谱参数获取受串扰影响后的所述第一AC信号的幅值第三电压，并通过若干次更新所述第二AC信号的幅值，线性拟合所得所述第三电压与对应的所述第二电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特为所述超导量子芯片上的任一量子比特，所述AC串扰系数为所述AC串扰矩阵的一部分。本申请提供了一种可以有效测量所述超导量子芯片中AC串扰矩阵的方法，弥补了现有技术的空白，并可以利用测得的AC串扰矩阵为所述超导量子芯片的测控操作提供有力支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请实施例超导量子芯片内部结构组成图；
图2是本申请实施例的超导量子芯片中量子比特之间的AC串扰系数获取方法流程图；
图3是本申请实施例目标量子比特和干扰量子比特的串扰测试实验时序关系图；
图4是本申请实施例超导量子芯片中第一量子比特的AC调制谱曲线；
图5是本申请实施例超导量子芯片的AC串扰矩阵获取方法流程图；
图6是本申请实施例超导量子芯片的中量子比特之间的AC串扰系数装置结构框图；
图7是本申请实施例超导量子芯片的AC串扰矩阵获取装置结构框图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的超导量子芯片内部结构组成图。所述超导量子芯片上设有多个量子比特，任意两所述量子比特之间均会存在串扰。所述量子比特包括相互耦合的超导量子比特探测器和超导量子比特装置；所述超导量子比特探测器远离对应所述超导量子比特装置的一端均连接至集成设置在所述超导量子芯片上的一数据传输总线，所述数据传输总线用于接收量子比特读取信号和发射量子比特读取反馈信号。所述超导量子芯片的每一个超导量子比特装置上连接有磁通调制信号线(即Z控制线)和比特调控信号线，其中，所述磁通调制信号线为所述量子比特提供磁通调制信号，用于控制所述量子比特的工作频率变化，所述比特调控信号线为所述量子比特提供驱动调控信号，用于控制所述量子比特的量子态变化。
其中，所述磁通调制信号的DC信号和AC信号在对所述量子比特的频率进行调控时，可以参考以下公式(1)：
其中，Vflux是所述磁通调制信号的电压值；f(V)是所述量子比特的频率；A、B、a、b、d均为常数。
通过上述公式(1)可以看到，施加所述DC信号和AC信号都会改变Vflux，因此都可以对所述量子比特的频率进行调节。其中，通过所述DC信号对所述量子比特的工作频率进行大范围调控，通过所述AC信号对所述量子比特的工作频率进行小范围调控。通过所述DC信号的粗调和所述AC信号的精调，使得对所述量子比特的工作频率的调控更精准。
一般地，所述量子比特的所述超导量子比特装置包含有由约瑟夫森结构成的结构，其中采用至少两个并联的约瑟夫森结构成的闭环结构比较常见，所述由采用至少两个并联的约瑟夫森结构成的闭环结构又被称为超导量子干涉仪(SQUID)。理想情况下，施加到所述超导量子芯片的每一个量子比特上的磁通调制信号只控制该量子比特的频率，不会影响别的量子比特的频率。实际上，因为电流在芯片上的流动方向是很难分析的，从电路模型的角度来看，所述量子比特的Z控制线不仅与其自身的SQUID之间具有自感耦合，还会和其他量子比特的SQUID之间具有互感耦合，从而存在串扰现象。
所述量子比特之间的串扰会直接影响任一所述量子比特上的所述磁通调制信号对相连接的所述量子比特的频率的调控效果，使得所述量子比特的频率不能达到预定目标值，影响所述超导量子芯片的整体性能。因此在所述超导量子芯片的性能测试时，需要测量出所述量子比特之间的串扰具体值，以便在对所述量子比特的频率进行调控时，进行适当的补偿操作，使得所述磁通调制信号对相连接的所述量子比特的频率的调控达到预期值。
实施例1
本申请的实施例1中提供了一种量子比特之间的AC串扰系数获取方法，在此认为施加所述磁通调制信号对所述量子比特的频率进行调控时，只考虑所述Z控制线传输的所述AC信号对量子比特之间的串扰，而忽略所述DC信号对量子比特之间的串扰。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的超导量子芯片中量子比特之间的AC串扰系数获取方法流程图。
在本实施例中，所述超导量子芯片的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，具体包括如下步骤：
S102：对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响。
需要说明的是，所述Ramsey实验是指对一个量子比特，施加两个X/2量子逻辑门操作，两个操作之间具有时间间隔τ，同时在第二个X/2量子逻辑门操作后对该量子比特施加读取信号以获得该量子比特的激发态分布概率P1(τ)，并且改变时间间隔τ以获得P1(τ)的过程。一般地，通过对量子比特执行Ramsey实验，可获得该量子比特的实时频率大小。
选取目标量子比特(Target qubit)和干扰量子比特(Bias qubit)：将所述超导量子芯片中某一所述量子比特设置为第一量子比特，另一所述量子比特设置为第二量子比特；其中，所述第一量子比特即为选定的目标量子比特，所述第二量子比特即为选定的干扰量子比特。
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的目标量子比特和干扰量子比特的串扰测试实验时序关系图。为所述超导量子芯片的每一个所述量子比特均配置一个DC信号，使得每个所述量子比特的频率处于简并工作点。对所述第一量子比特执行Ramsey实验，在两个X/2量子逻辑门之间间隔一段时间让所述第一量子比特演化，并在中间演化期分别对所述第一量子比特施加第一AC信号和对所述第二量子比特施加第二AC信号。其中，所述第一AC信号的幅值为第一电压，记为VT，其使得所述第一量子比特处于磁通调制敏感点；所述第二AC信号的幅值为第二电压，记为VB，由于AC串扰影响的存在，所述第二电压会对所述第一量子比特的频率产生AC串扰影响。
将所述第一量子比特置于磁通调制敏感点，能够使得所述第一量子比特的工作频率对所施加的第一AC信号的幅值变化敏感，从而使得所述第一量子比特的工作频率能够跟随所施加的第一AC信号的幅值变化而变化。通过测量所述第一量子比特工作频率的变化，可获得施加在所述第一量子比特上的第一AC信号幅值。
S104：基于所述Ramsey实验获取所述第一量子比特的目标工作频率。
需要说明的是，对所述第一量子比特执行Ramsey实验，可获得Ramsey振荡，其振荡频率的计算公式为
fOS＝|fd-ffringe-f10| (2)
其中，fOS是Ramsey振荡频率，fd表示X/2量子逻辑门操作的载频频率，为了使得执行X/2量子逻辑门操作的驱动调控信号能与所述第一量子比特产生共振，将fd设置为所述第一量子比特的简并工作点频率，是一个已知数，ffringe是Ramsey实验的fringe频率，f10是所述第一量子比特的目标工作频率。实验上通过已经测量的Ramsey振荡频率，可通过不断更新所设的fringe频率，保证Ramsey振荡频率始终处于一小段区间，这样能够保证Ramsey振荡频率不会超出采样定理决定的最高频率，确保利用上式(2)计算出的所述第一量子比特的目标比特频率精度高。
S106：基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压。
具体的，所述第一量子比特的AC调制谱为所述第一量子比特的频率随所述第一AC信号幅值变化的曲线，是通过对所述第一量子比特进行所述Ramsey实验预先获得。在所述AC调制谱曲线中，所述第一量子比特的目标工作频率与第一AC信号幅值的变化值具有一一对应关系。因此，在已知所述第一量子比特的目标工作频率后，就能够在其AC调制谱曲线中获取与所述目标工作频率对应的电压(即所述第一AC信号幅值的变化值)，并记为第三电压VT’。
S108：基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
需要说明的是，由于对所述第二量子比特施加幅值为所述第二电压的第二AC信号，对所述第一量子比特产生了串扰影响，使得所述第一量子比特的工作频率偏离了与所述第一电压对应的原始工作频率，继而到达所述目标工作频率处。因此，所述第三电压是与所述目标工作频率对应的所述第一AC信号的实际工作电压，是所述第一电压受串扰影响后发生CT,B*VB变化而产生，也即所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压之间存在如下线性关系式：
VT’＝VT+CT,B*VB (3)
其中，CT,B表示的就是所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，也为线性关系式(3)的斜率。所述第一电压可通过所述第一量子比特的AC调制谱曲线获得，所述第二量子比特工作在第二电压时对所述第一量子比特存在AC串扰影响，实际上，对于两个量子比特而言，只要第二量子比特上施加AC信号就会对第一量子比特产生AC串扰影响，因此，所述第二电压实际上只要不为0即可使得AC串扰影响存在，但是考虑到本申请的目的是为了测量AC串扰系数，可将所述第二量子比特的电压大小设置在一定范围内，由于不同量子比特的AC串扰系数各不相同，因此，在具体应用时，可根据实际情况来调整所述第二电压。
在本申请的实施例中，优选的，为了便于串扰测试实验结果计算，将所述第一AC信号和所述第二AC信号均采用方波信号实现。需要说明的是，本领域技术人员在实际应用时可根据实际需要选取其他类型的AC信号(如三角波、梯形波等)进行实验，只要保证实验所得所述AC串扰系数CT,B满足实验精度要求即可。另外，为了进一步确保所述第一量子比特的工作频率只受所述第一AC信号的幅值变化影响，将所述第一AC信号和所述第二AC信号的脉冲宽度设置为相等。
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的超导量子芯片中第一量子比特的AC调制谱曲线。所述步骤S102中的所述对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，具体包括如下步骤：
S1021：根据所述AC调制谱确定所述第一量子比特的简并工作点；
S1022：根据所述简并工作点以及预设频率偏离量确定和所述简并工作点相关的磁通调制敏感点；
S1023：根据所述磁通调制敏感点确定所述第一电压，并将所述第一AC信号的幅值设置为所述第一电压。
需要说明的是，所述简并工作点为所述第一量子比特的AC调制谱曲线中的工作频率最大点(即频率的sweet point点)，在该点处所述第一量子比特对磁通调制信号的变化不敏感。为了精确测量AC串扰系数，需要将所述第一量子比特的频率设置在对所施加的AC信号幅值变化较为敏感的工作点，即磁通调制敏感点。但又不能过于敏感，否则所述第一量子比特的频率受AC信号噪声影响波动较大且相干时间较短。所述磁通调制敏感点设置在所述简并工作点附近，可以根据所述简并工作点和预设的频率偏离量进行确定。示例性的，将磁通调制敏感点设置在偏离所述简并工作点50MHz即可。
在本申请的实施例中，为了获得比较精确的所述AC串扰系数，可以采用测量若干组数据并进行线性拟合的方式求解所述AC串扰系数。因此，所述步骤S108所述基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，可以进一步包括：
S1081:获取一组第一数据，所述第一数据包括所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压；
S1082:判断所述第一数据的组数是否满足预设条件；
S1083:若是，则基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
S1084:若否，则重新设置所述第二电压的大小，并返回执行所述对第一量子比特执行Ramsey实验。
本领域技术人员可以理解的是，对所述第一量子比特每执行一次所述Ramsey实验，利用所述Ramsey实验的参数以及AC调制谱可获取一组包括所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压的所述第一数据，获取所述第一数据的组数与所述Ramsey实验的执行次数为一一对应关系；并且所述Ramsey实验的执行次数越多，能获取的所述第一数据的组数就越多，通过所有组所述第一数据的所述第二电压和所述第三电压线性拟合出的所述AC串扰系数就越逼近真实值。因此，所述预设条件包括预设所述Ramsey实验的执行次数。需要说明的是，所述Ramsey实验的预设执行次数可以根据实际对所述AC串扰系数的精度要求进行设定。同时，所述预设条件也可以采用其他判定条件，只要该判定条件能够使得所述AC串扰系数满足精度要求即可，在此不一一叙述。
在本申请的实施例中，步骤S1083中所述基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，可进一步包括以下步骤：
S10831：对于每一组所述第一数据，计算所述第三电压相对于所述第一电压的变化量，获取所述变化量和所述第二电压之间线性关系的系数；
S10832：获取所有所述系数的平均值，将所述系数的平均值作为所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
示例性的，设定所述Ramsey实验的执行次数为M，则获取所述第一数据的所有组数为M，针对某一组所述第一数据，所述第三电压相对于所述第一电压的变化量，记为ΔVT，则ΔVT＝VT’-VT，那么所述变化量和所述第二电压之间线性关系的系数为ΔVT/VB，记为Ci。则M组所述系数的平均值为
记为C，将C作为所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
需要说明的是，此处采用求取平均值方法作为较佳实施例对利用若干组所述第一数据获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数的示例性说明，本领域技术人员可以选择除求取平均值方法之外的其他数据优化处理方式对M组所述系数进行求解最优值，只要所得最优值满足所述AC串扰系数的精度要求即可，并将最优值作为所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
在上述的实施例中，所述重新设置所述第二电压的大小，可包括：所述第二电压按照预设步长在预设范围内递增或递减。
具体的，根据上式(2)示出的所述Ramsey振荡频率与所述第一量子比特的受串扰影响后的工作频率之间的关系，所述第一量子比特的受串扰影响的工作频率变化与所述Ramsey振荡频率的变化规律保持同步。基于此，所述第一量子比特的受串扰影响后的工作频率变化需要保持在一个预定的频率范围，例如可以设置为以所述第一量子比特的磁通调制敏感点频率为中心值的窄带宽频率段。根据所述第一量子比特的AC调制谱中所述目标工作频率与AC信号电压变化的对应关系，以及所述AC信号幅值变化(即所述第三电压)与所述第二电压之间的关系，所述第二电压也需要在一定范围内取值。作为一个优选实施例，所述第二电压的取值方式可以按照一个预设步长在预设范围内进行调节，并且为了调节方便，可以进一步按照递增或递减的规律进行调节。
对于所述超导量子芯片，设置有多个量子比特，任意两个所述量子比特之间均存在串扰，需要将任意两个所述量子比特之间的AC串扰系数分别获取并归纳，并用AC串扰矩阵进行表征。
实施例2
本申请的实施例2以一种超导量子芯片的AC串扰矩阵测量为例展开具体阐述。
所述AC串扰矩阵包括所述待测量子芯片中若干个量子比特间的AC串扰系数，所述AC串扰系数通过实施例1描述的所述量子比特之间的AC串扰系数获取方法确定。
具体的，每一所述AC串扰系数为组成所述AC串扰矩阵的一个元素，对于包括N个量子比特的超导量子芯片，将所述AC串扰系数记为Cij(1≤i,j≤N)，Cij表示所述AC串扰矩阵中位于第i行第j列的元素。其中，当i＝j时，Cij表示的是所述超导量子芯片中第i量子比特的自扰系数，此时Cij＝1。当i≠j时，Cij表示的是所述超导量子芯片中第i量子比特受到第j量子比特的AC串扰影响的AC串扰系数。
实施例3
请参阅图5，图5为本申请实施例提供的超导量子芯片的AC串扰矩阵获取方法流程图。本申请的实施例3以另外一种量子芯片的AC串扰矩阵测量方法为例展开具体阐述，所述方法包括：
S201：将待测量子芯片中某一量子比特设置为第一量子比特，将另一量子比特设置为第二量子比特；
S202：对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
S203：基于所述Ramsey实验获取的所述第一量子比特的目标工作频率；
S204：基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
S205：基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
S206：判断所述待测超导量子芯片中所有的所述量子比特间的AC串扰系数是否均已获取；若是，则基于所述AC串扰系数生成所述待测超导量子芯片的AC串扰矩阵；若否，则重新选取所述第一量子比特和/或所述第二量子比特，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
需要说明的是，步骤S205所述的基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，进一步包括以下步骤：
S2051：获取一组第一数据，所述第一数据包括所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压。
S2052：判断所述第一数据的组数是否满足预设条件；若是，则执行步骤S2053，若否，则执行步骤S2054。
S2053：基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
S2054：重新设置所述第二电压的大小，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
需要说明的是，在步骤S2052中，所述预设条件包括预设所述Ramsey实验的执行次数。具体请参见上述实施例1的叙述，此处不再赘述。
需要说明的是，在步骤S2053中，所述基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，进一步包括以下步骤：
S20531：对于每一组所述第一数据，计算所述第三电压相对于所述第一电压的变化量，获取所述变化量和所述第二电压之间线性关系的系数；
S20532：获取所有所述系数的平均值，将所述系数的平均值作为所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
具体请参见上述实施例1的叙述，此处不再赘述。
在步骤S2054中，所述重新设置所述第二电压的大小，具体包括：所述第二电压按照预设步长在预设范围内递增或递减。具体请参见上述实施例1的叙述，此处不再赘述。
应理解，上述实施例中各步骤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。
实施例4
在本实施例中，提供一种量子比特之间的AC串扰系数获取装置，该量子比特之间的AC串扰系数获取装置与上述实施例中量子比特之间的AC串扰系数获取方法一一对应。如图6所示，该量子比特之间的AC串扰系数获取装置包括实验模块、工作频率获取模块、电压获取模块、串扰系数获取模块。各功能模块详细说明如下：
实验模块61，其被配置为对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响。
工作频率获取模块62，其被配置为基于所述Ramsey实验获取所述第一量子比特的目标工作频率。
电压获取模块63，其被配置为基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压。
串扰系数获取模块64，其被配置为基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
关于量子比特之间的AC串扰系数获取装置的具体限定可以参见上文中对于量子比特之间的AC串扰系数获取方法的限定，在此不再赘述。上述量子比特之间的AC串扰系数获取装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
实施例5
在本实施例中，提供一种量子芯片的AC串扰矩阵获取装置，该量子芯片的AC串扰矩阵获取装置与上述实施例3中量子芯片的AC串扰矩阵获取方法一一对应。如图7所示，该量子芯片的AC串扰矩阵获取装置包括第一模块、第二模块、第三模块、第四模块、第五模块、第六模块。各功能模块详细说明如下：
第一模块71，其被配置为将待测量子芯片中某一量子比特设置为第一量子比特，将另一量子比特设置为第二量子比特；
第二模块72，其被配置为对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
第三模块73，其被配置为基于所述Ramsey实验获取的所述第一量子比特的目标工作频率；
第四模块74，其被配置为基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
第五模块75，其被配置为基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
第六模块76，其被配置为判断所述待测超导量子芯片中所有的所述量子比特间的AC串扰系数是否均已获取，若是，则基于所述AC串扰系数生成所述待测超导量子芯片的AC串扰矩阵，若否，则重新选取所述第一量子比特和/或所述第二量子比特，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
关于量子芯片的AC串扰矩阵获取装置的具体限定可以参见上文中对于量子芯片的AC串扰矩阵获取方法的限定，在此不再赘述。上述量子芯片的AC串扰矩阵获取装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
实施例6
在本实施例中，提供一种量子测控系统，该系统包括如上述实施例所述的量子比特之间的AC串扰系数获取装置，或所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取装置。
实施例7
在本实施例中，提供一种量子计算机，包括上述实施例的量子测控系统。
实施例8
在本实施例中，提供一种计算机可读存储介质，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所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，或所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取方法。
在本申请的描述中，需要理解的是，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。在本申请的描述中，“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。
此外，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申请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。
上述仅为本申请的优选实施例而已，并不对本申请起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本申请的技术方案的范围内，对本申请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，均属未脱离本申请的技术方案的内容，仍属于本申请的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种量子比特之间的AC串扰系数获取方法，其特征在于，所述方法包括：
对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
基于所述Ramsey实验获取所述第一量子比特的目标工作频率；
基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
2.根据权利要求1所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，其特征在于，所述第一AC信号和所述第二AC信号均采用方波信号，所述第一AC信号和所述第二AC信号的脉冲宽度相等。
3.如权利要求1所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，其特征在于，所述对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，包括：
根据所述AC调制谱确定所述第一量子比特的简并工作点；
根据所述简并工作点以及预设频率偏离量确定和所述简并工作点相关的磁通调制敏感点；
根据所述磁通调制敏感点确定所述第一电压，并将所述第一AC信号的幅值设置为所述第一电压。
4.如权利要求1所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，其特征在于，所述基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，包括：
获取一组第一数据，所述第一数据包括所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压；
判断所述第一数据的组数是否满足预设条件；
若是，则基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
若否，则重新设置所述第二电压的大小，并返回执行所述对第一量子比特执行Ramsey实验。
5.如权利要求4所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，其特征在于，所述预设条件包括预设所述Ramsey实验的执行次数。
6.如权利要求4所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，其特征在于，所述基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，包括：
对于每一组所述第一数据，计算所述第三电压相对于所述第一电压的变化量，获取所述变化量和所述第二电压之间线性关系的系数；
获取所有所述系数的平均值，将所述系数的平均值作为所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
7.如权利要求4所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，其特征在于，所述重新设置所述第二电压的大小，包括：
所述第二电压按照预设步长在预设范围内递增或递减。
8.一种量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述AC串扰矩阵包括所述待测量子芯片中若干个量子比特间的AC串扰系数，所述AC串扰系数通过权利要求1-7中任一项所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法确定。
9.一种量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述方法包括：
将待测量子芯片中某一量子比特设置为第一量子比特，将另一量子比特设置为第二量子比特；
对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
基于所述Ramsey实验获取所述第一量子比特的目标工作频率；
基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
判断所述待测超导量子芯片中所有的所述量子比特间的AC串扰系数是否均已获取，若是，则基于所述AC串扰系数生成所述待测超导量子芯片的AC串扰矩阵，若否，则重新选取所述第一量子比特和/或所述第二量子比特，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
10.根据权利要求9所述的AC串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，包括：
获取一组第一数据，所述第一数据包括所述第一电压、所述第二电压以及所述第三电压；
判断所述第一数据的组数是否满足预设条件；
若是，则基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
若否，则重新设置所述第二电压的大小，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
11.根据权利要求10所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述预设条件包括预设所述Ramsey实验的执行次数。
12.根据权利要求10所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述基于所有所述第一数据，线性拟合所述第二电压与所述第三电压之间的关系，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数，具体包括：
对于每一组所述第一数据，计算所述第三电压相对于所述第一电压的变化量，获取所述变化量和所述第二电压之间线性关系的系数；
获取所有所述系数的平均值，将所述系数的平均值作为所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
13.根据权利要求10所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，其特征在于，所述重新设置所述第二电压的大小，具体包括：
所述第二电压按照预设步长在预设范围内递增或递减。
14.一种量子比特之间的AC串扰系数获取装置，其特征在于，包括：
实验模块，其被配置为对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
工作频率获取模块，其被配置为基于所述Ramsey实验获取所述第一量子比特的目标工作频率；
电压获取模块，其被配置为基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
串扰系数获取模块，其被配置为基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数。
15.一种量子芯片的AC串扰矩阵获取装置，其特征在于，包括：
第一模块，其被配置为将待测量子芯片中某一量子比特设置为第一量子比特，将另一量子比特设置为第二量子比特；
第二模块，其被配置为对第一量子比特执行Ramsey实验，其中，在Ramsey实验的两个X/2量子逻辑门之间，对所述第一量子比特施加幅值为第一电压的第一AC信号以使所述第一量子比特处于磁通调制敏感点，对第二量子比特施加幅值为第二电压的第二AC信号使得所述第二AC信号对所述第一量子比特存在串扰影响；
第三模块，其被配置为基于所述Ramsey实验获取的所述第一量子比特的目标工作频率；
第四模块，其被配置为基于预先获取的所述第一量子比特的AC调制谱，获取所述目标工作频率对应的电压为第三电压；
第五模块，其被配置为基于所述第二电压以及所述第三电压，获取所述第二量子比特对所述第一量子比特的AC串扰系数；
第六模块，其被配置为判断所述待测超导量子芯片中所有的所述量子比特间的AC串扰系数是否均已获取，若是，则基于所述AC串扰系数生成所述待测超导量子芯片的AC串扰矩阵，若否，则重新选取所述第一量子比特和/或所述第二量子比特，并返回执行所述对所述第一量子比特执行所述Ramsey实验。
16.一种量子测控系统，其特征在于，包括权利要求14所述的量子比特之间的AC串扰系数获取装置，或包括权利要求15所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取装置。
17.一种量子计算机，其特征在于，包括权利要求16所述的量子测控系统。
18.一种计算机可读存储介质，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7中任一项所述的量子比特之间的AC串扰系数获取方法，或实现权利要求8所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取方法，或实现权利要求9-13中任一项所述的量子芯片的AC串扰矩阵获取方法。
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Legal Events
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Address after: 230088 6th floor, E2 building, phase II, innovation industrial park, 2800 innovation Avenue, Hefei high tech Zone, Hefei City, Anhui Province Applicant after: Benyuan Quantum Computing Technology (Hefei) Co.,Ltd. Address before: 230088 6th floor, E2 building, phase II, innovation industrial park, 2800 innovation Avenue, Hefei high tech Zone, Hefei City, Anhui Province Applicant before: ORIGIN QUANTUM COMPUTING COMPANY, LIMITED, HEFEI |
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| GR01 | Patent grant |