CN116542339A - 量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机 - Google Patents

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CN116542339A CN202210096907.7A CN202210096907A CN116542339A CN 116542339 A CN116542339 A CN 116542339A CN 202210096907 A CN202210096907 A CN 202210096907A CN 116542339 A CN116542339 A CN 116542339A
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方双胜
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Abstract

本发明提供了一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机，首先分别获取两个相互耦合的第一量子比特和第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时和第二延时，再获取第一量子比特和第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，最后基于第一延时、第二延时、以及第三延时获取第一量子比特和第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于第四延时进行延时校准，以消除不同量子态调控信号传输线上的传输延时，使得不同量子态调控信号传输线上的频率调控信号能按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，分别同时激发对应的量子比特，提高两量子比特门的调控精度。

Description

量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机
技术领域
本发明属于量子芯片测控技术领域，特别涉及一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机。
背景技术
量子计算是量子力学与计算机相结合的一种通过遵循量子力学规律、调控量子信息单元来进行计算的新型计算方式。它以微观粒子构成的量子比特位基本单元，具有量子叠加、纠缠等特性。并且，通过量子态的受控演化，量子计算能够实现信息编码和计算存储，具有经典计算无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。
量子计算机核心为量子芯片，量子芯片上设置有多个量子比特，每个量子比特由设置在量子芯片上的特定硬件电路构成，每个量子比特具备至少两个可区分的逻辑状态，基于量子算法，量子比特的逻辑状态可以发生可控变化，进而实现量子计算。
量子计算机还包括为量子芯片提供测控环境的测控系统。该测控系统主要包括位于室温层的硬件设备和位于稀释制冷机内的低温器件和信号传输线。量子芯片封装完毕之后，被固定在稀释制冷机最下层的极低温层，通过层与层之间的同轴线最终连接至室温的硬件设备。该测控系统中，在对量子比特的量子态进行调控时，主要用到两类线路，一类是用于对量子比特的量子态进行调控的第一类传输线，另一类是用于对量子比特的频率进行调控的第二类传输线。
量子芯片上多个量子比特间的耦合是通过耦合结构实现的邻间耦合，在进行两量子比特实验时，需要通过在第一类传输线上施加控制信号同时将对应的两个量子比特的量子态调整到要实现的两量子比特门所需要的量子态。但是由于第一类传输线上设置有多种微波器件，且不同第一类传输线的长度不能保证完全相等，使得不同第一类传输线上控制信号的传输延时有所不同，从而导致不同控制信号不能按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，会导致两个量子比特中的一个量子比特的量子态提前被激发，偏离预设的量子态，会严重影响两量子比特门的调控精度。因此，如何校准不同量子比特的第一类传输线上的线路延时，以保证不同控制信号按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，提高两量子比特门的调控精度是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机，以解决现有技术中在进行两量子比特实验时因不同量子比特的第一类传输线上的传输延时有所不同，从而导致不同控制信号不能按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，使得两量子比特门的调控精度很低的问题，本发明可以提高两量子比特门的调控精度。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种量子计算机系统延时的校准方法，所述量子计算机系统包括量子芯片，所述量子芯片上设置有多个量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述校准方法包括：
获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特相互耦合；
获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时；
基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准。
可选的，所述获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时，具体包括：
基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时。
可选的，所述获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，具体包括：
基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时。
可选的，所述基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，具体包括：
预设施加在所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号的持续时间为第一时间；
基于所述第一时间和所述第一延时确定施加在所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的持续时间为第二时间；
基于所述第二时间和所述第三延时确定施加在所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的持续时间为第三时间；
基于所述第三时间和所述第二延时确定施加在所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号的持续时间为第四时间；
基于所述第一时间和所述第四时间确定所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时。
可选的，所述基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时，具体包括：
通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加第一控制信号至所述第一量子比特，并通过所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线施加第一预设延时后的第二控制信号至所述第一量子比特；其中，所述第一控制信号用于调控所述第一量子比特的量子态至本征态，所述第二控制信号用于调控所述第一量子比特的频率，所述第一量子比特的频率改变会影响其量子态为本征态的概率；
在第一预设范围内依次更新所述第一预设延时，并施加更新所述第一预设延时后的所述第二控制信号至所述第一量子比特，获得所述第一量子比特的量子态为本征态的概率随所述第一预设延时变化的第一曲线；其中，所述第一预设范围根据所述第一量子比特连接的所述量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线的长度设定；
判断所述第一曲线是否具有波谷；若是，基于所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时确定所述第一延时。
可选的，在所述判断所述第一曲线是否具有波谷之后，还包括：
若否，将所述第一控制信号延迟第一固定时长，返回执行通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加第一控制信号至所述第一量子比特。
可选的，所述第一控制信号延迟第一固定时长后，所述第一曲线具有波谷时，所述基于所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时确定所述第一延时，具体包括：
分别获取所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时；
分别基于所述第一预设延时以及所述第一固定时长确定所述第一延时。
可选的，所述基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，具体包括：
将所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别预设为激发态和基态，并基于所述第一量子比特和所述第二量子比特的共振试验获得分别施加在所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的第一幅度和第二幅度；其中，所述共振试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的耦合强度随所述频率调控信号的幅度变化的实验；
基于所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上施加的频率调控信号的第一幅度和第二幅度、以及所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态振荡试验获得所述频率调控信号的第一宽度；其中，所述量子态振荡试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态随所述频率调控信号的宽度变化的实验；
施加具有所述第一幅度和所述第一宽度的第一频率调控信号至所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线，并在第二预设范围内依次更新第二预设延时，施加更新所述第二预设延时后的具有所述第二幅度和所述第一宽度的第二频率调控信号至所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线，获得所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率随所述第二预设延时变化的第二曲线；
判断所述第二曲线是否具有波谷，若是，基于所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时确定所述第三延时。
可选的，在所述判断所述第二曲线是否具有波谷之后，还包括：
若否，所述第一频率调控信号延时第二固定时长，返回执行施加具有所述第一幅度和所述第一宽度的第一频率调控信号至所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线。
可选的，所述第一频率调控信号延时第二固定时长后，所述第二曲线具有波谷时，所述基于所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时确定所述第三延时，具体包括：
获取所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时；
基于所述第二预设延时以及所述第二固定时长确定所述第三延时。
第二方面，本发明提供了一种量子计算机系统延时的校准装置，包括：
第一获取模块，用于基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特相互耦合；
第二获取模块，用于基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时；
校准模块，用于基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准。
第三方面，本发明提供了一种量子计算机，所述量子计算机包括量子芯片，以及如第二方面所述的量子计算机系统延时的校准装置，其中，所述量子芯片上设置有多个相互耦合的量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述量子计算机系统延时的校准装置连接所述量子态调控信号传输线和所述频率调控信号传输线，用于实现如第三方面所述的量子计算机系统延时的校准方法。
与现有技术相比，本发明提供的一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机，具有以下有益效果：所述量子计算机系统包括量子芯片，所述量子芯片上设置有多个量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述校准方法在实施时，首先获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时，然后获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，最后基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准，从而消除不同量子态调控信号传输线上因设置有多种微波器件以及因长度不同带来的传输延时，以使得不同频率调控信号按照设计的时序到达其对应的量子比特，分别同时激发对应的量子比特，提高两量子比特门的调控精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明一实施例提供的一种量子计算机系统延时的校准方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2是本发明一实施例提供的一种稀释制冷机的低温测控线路示意图；
图3是本发明一实施例提供的一种量子计算机系统延时的校准方法的流程示意图；
图4是本发明一实施例提供的一种基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时的方法的流程示意图；
图5是本发明一实施例提供的一种基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时的方法的流程示意图；
图6是本发明一实施例提供的一种所述第一量子比特的量子态为本征态的概率随所述第一预设延时变化的第一曲线；
图7是本发明一实施例提供的一种基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时的方法的流程示意图；
图8是本发明一实施例提供的一种所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率随所述第二预设延时变化的第二曲线；
图9是本发明一实施例提供的一种量子计算机系统延时的校准装置的结构示意图。
附图标记说明：
100-计算机终端；101-处理器；102-电源；103-传输装置；104-输入输出设备；105-存储器，200-校准装置；201-第一获取模块；202-第二获取模块；203-校准模块；1-稀释制冷机；2-量子芯片；21-量子比特；3-微波器件；4-硬件设备。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机作进一步详细说明。根据下面说明，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，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。
本实施例提供的方法可以在计算机终端或者类似运算装置中执行。以运行在计算机终端上为例，请参阅图1，计算机终端100包括电源102，可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器101(处理器101可以包括但不限于微处理MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器105，可选的，上述计算机终端100还可以包括用于通信功能的传输装置103以及输入输出设备104。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
存储器105可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请提供的一种多量子比特测量结果的确定方法对应的程序指令/模块，处理器101通过运行存储在存储器105内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器105可包括高速随机存储器，还可包括非易失性固态存储器。在一些实施例中，存储器105可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置103用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无限网络。在一个实施例中，传输装置103包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实施例中，传输装置103可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
本实施例提供的方法可以应用于上述计算机终端，或者称为量子计算机系统。
请参阅图2，在量子计算机系统中，量子芯片2上集成有多个相互耦合连接的量子比特21(图中以两个量子比特21为例)，各量子比特21均耦合连接有用于接收量子态调控信号的XY信号传输线和用于接收量子比特频率调控信号的Z信号传输线。XY信号传输线和Z信号传输线分别经稀释制冷机1的低温线路引出到室温，然后在室温端连接对应的硬件设备4。在进行两量子比特实验时，需要通过在XY信号传输线上施加控制信号同时将对应的两个量子比特的量子态调整到要实现的两量子比特门所需要的量子态。但是由于XY信号传输线上设置有多种微波器件，且不同XY信号传输线的长度不能保证完全相等，使得不同XY信号传输线上控制信号的传输延时有所不同，从而导致不同控制信号不能按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，会导致两个量子比特中的一个量子比特的量子态提前被激发，偏离预设的量子态，会严重影响两量子比特门的调控精度。
本发明的核心思想在于提供一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机，首先分别获取两个相互耦合的第一量子比特和第二量子比特连接的量子态调控信号传输线(即上述的XY信号传输线)和频率调控信号传输线(即上述的Z信号传输线)之间的第一延时和第二延时，再获取第一量子比特和第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，最后基于第一延时、第二延时、以及第三延时获取第一量子比特和第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于第四延时进行延时校准，以消除不同量子态调控信号传输线上的传输延时，使得不同量子态调控信号传输线上的频率调控信号能按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，分别同时激发对应的量子比特，提高两量子比特门的调控精度。
为此，本发明提供了一种量子计算系统延时的校准方法，所述量子计算机系统包括量子芯片，所述量子芯片上设置有多个量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，请参阅图3，所述校准方法包括以下步骤：
步骤S1，获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特相互耦合。
具体的，基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时。
步骤S2，获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时。
具体的，基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时。
步骤S3，基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准。
具体的，获取所述第四延时后，在实际应用中，初始时候时根据所述第四延时在相应的所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号或所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号补偿所述一段持续时间为第四延时的绝对值的空信号，以消除两者的传输延时，实现对所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的延时校准。
其中，所述量子态调控信号和频率调控信号的信号源均由位于稀释制冷机外部的室温层的硬件设备提供，包括但不限于矢量网络分析仪、射频信号发生器等。所述量子态调控信号用于将对应的量子比特的量子态调控到实验所需的量子态，所述频率调控信号用于调控对应的量子比特的频率。
需要说明的是，本实施例中所述第一延时为第一量子比特连接的量子态调控信号传输线相对于其连接的频率调控信号传输线的延时；所述第二延时为第二量子比特连接的量子态调控信号传输线相对于其连接的频率调控信号传输线的延时；所述第三延时为所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线相对于所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线的延时。
示例性，请参阅图4，所述基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，具体包括以下步骤：
步骤S31，预设施加在所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号的持续时间为第一时间。
具体的，本实施例中以设置所述第一时间为10ns为例，并记所述第一时间为TXY1。
步骤S32，基于所述第一时间和所述第一延时确定施加在所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的持续时间为第二时间。
具体的，记所述第二时间为TZ1，例如本实施例中经步骤S1获取到的第一延时为5ns，即TXY1-TZ1＝5ns，可得，当TXY1＝10时，TZ1＝5ns。
步骤S33，基于所述第二时间和所述第三延时确定施加在所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的持续时间为第三时间。
具体的，记所述第三时间为TZ2，例如本实施中经步骤S2获取到的第三延时为1ns，即TZ1-TZ2＝1ns，可得，当TZ1＝5ns时，TZ2＝4ns。
步骤S34，基于所述第三时间和所述第二延时确定施加在所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号的持续时间为第四时间。
具体的，记所述第四时间为TXY2，例如本实施例中经步骤S1获取到的第二延时为8ns，即TXY2-TZ2＝8ns，可得，当TZ2＝4ns时，TXY2＝12ns。
步骤S35，基于所述第一时间和所述第四时间确定所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时。
具体的，由上可知，当TXY1＝10ns，TXY2＝12ns时，可得TXY1-TXY2＝-2ns，即所述第四延时为-2ns，即代表所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号比所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号晚2ns到达所述第一量子比特。
示例性的，请参阅图5，所述基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时，具体包括：
步骤S11，通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加第一控制信号至所述第一量子比特，并通过所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线施加第一预设延时后的第二控制信号至所述第一量子比特；其中，所述第一控制信号用于调控所述第一量子比特的量子态至本征态，所述第二控制信号用于调控所述第一量子比特的频率，所述第一量子比特的频率改变会影响其量子态为本征态的概率。
其中，所述第一控制信号从所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线的一端进入所述第一量子比特，用于激发所述第一量子比特，调控所述第一量子比特的量子态至本征态。具体的，所述第一量子比特的量子态包括|0>态和|1>态两种本征态，本实施例中，具体实施时，通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加一个π脉冲量子比特调控信号，即所述第一控制信号为一个π脉冲量子比特调控信号，用于调控所述第一量子比特的量子态至|1>态，此时第一量子比特的量子态为|1>态的概率为1或者逼近1的概率值。
施加预设延时后的所述第二控制信号从所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线的一端进入所述量子芯片上施加了所述第一控制信号的第一量子比特，用于调控所述第一量子比特的频率。
需要说明的是，所述第一量子比特的频率指的是所述第一量子比特的基态(即|0>态)与激发态(即|1>态)之间的能级跃迁频率，只有当所述第一调控信号的频率等于或者接近所述第一量子比特的频率时，所述第一量子比特才与所述第一调控信号产生共振效应，进而实现通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加所述第一调控信号调控所述第一量子比特的量子态，当所述第一量子比特的频率与所述第一控制信号的频率差别很大时，所述第一量子比特的量子态不会响应所述第一控制信号，本实施例中施加在所述第一量子比特的第二控制信号会调控所述量子比特的频率，进而会影响所述第一控制信号对所述第一量子比特的量子态的调控效果，即随着第一量子比特的频率改变，所述量子态为本征态的概率也会发生变化。
步骤S12，在第一预设范围内依次更新所述第一预设延时，并施加更新所述第一预设延时后的所述第二控制信号至所述第一量子比特，获得所述第一量子比特的量子态为本征态的概率随所述第一预设延时变化的第一曲线；其中，所述第一预设范围根据所述第一量子比特连接的所述量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线的长度设定。
具体的，在预设范围内采取0.5ns的步进递增方式依次更新所述第一预设延时，每步进递增一次，施加更新所述第一预设延时后的所述第二控制信号至所述第一量子比特，并测量一次所述第一量子比特的量子态为本征态的概率随所述第一预设延时变化的数据信息，然后将所有的数据信息以所述第一预设延时为横轴、所述第一量子比特的量子态的概率为纵轴绘成所述第一量子比特的量子态为本征态的概率随所述第一预设延时的第一曲线，如图6所示。
其中，所述第一预设范围根据所述第一预设范围根据所述第一量子比特连接的所述量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线的长度设定，以保证所述第一预设延时在所述第一预设范围取值，能获取到全部的有效数据信息，使得所述第一曲线完整。
步骤S13，判断所述第一曲线是否具有波谷，若是，执行步骤S14。
具体的，可以从图6直观的看出所述变化曲线是否具有波谷，波谷处呈现的实际情况是，在所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线上施加该点对应的预设延时后的第二控制信号，此时所述第一控制信号和所述第二控制信号分别经所述第一量子比特连接的所述量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线传输至所述第一量子比特时，所述第一控制信号的波形与所述第二控制信号的波形中心对齐。如前文所述，当所述第一量子比特的频率发生变化时，第一量子比特的量子态也会对应变化，当第一控制信号的波形与所述第二控制信号的波形中心对齐时，即第一量子比特连接的频率调控信号传输线上施加的第二控制信号会调节第一量子比特的频率偏离目标工作点频率最大值，对应的此时第一量子比特连接的量子态调控信号传输线上施加的第一控制信号对第一量子比特的量子态的调控效果最差，呈现出所述第一量子比特的量子态为本征态的概率最低。
步骤S14，基于所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时确定所述第一延时。
同理，按照上述方法，可获取所述第二延时。
示例性的，在所述判断所述第一曲线是否具有波谷之后，还包括：
若否，将所述第一控制信号延迟第一固定时长，返回执行步骤S11。
具体的，若只通过延时所述第二控制信号不可获取具有波谷的变化曲线，说明所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线上的传输速度小于所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线上的传输速度，此时所述第一控制信号需要延迟具有一定长度的第一固定时长，从而保证后续方案的可实施性。
示例性的，所述第一控制信号延迟第一固定时长后，所述第一曲线具有波谷时，所述基于所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时确定所述第一延时，具体包括：
分别获取所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时。
分别基于所述第一预设延时以及所述第一固定时长确定所述第一延时。
示例性的，请参阅图7，所述基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，具体包括：
步骤S21，将所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别预设为激发态和基态，并基于所述第一量子比特和所述第二量子比特的共振试验获得分别施加在所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的第一幅度和第二幅度；其中，所述共振试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的耦合强度随所述频率调控信号的幅度变化的实验。
具体的，通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加一个π脉冲量子态调控信号至所述第一量子比特上，用于将所述第一量子比特的量子态调控到激发态；并通过所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线施加一个0脉冲量子态调控信号至所述第二量子比特，用于将所述第二量子比特的量子态调控到基态。基于此，对所述第一量子比特和所述第二量子比特进行共振实验，以分别获得所述第一量子比特和所述第二量子比特发生共振且耦合强度最大(两个量子比特的频率相等)时，施加在所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的第一幅度和施加在所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的第二幅度。
需要说明的是，所述第一量子比特和所述第二量子比特的频率调节会相互产生影响，进而会相互影响其量子态，当将所述第一量子比特和所述第二量子比特的频率调节至相等时，所述第一量子比特和所述第二量子比特的耦合强度最大，所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态会产生交换，即第一量子比特会从激发态衰减到基态，第二量子比特会从基态到激发态，可见，所述第一量子比特和所述第二量子比特的耦合强度大小会影响其量子态，本实施例中所述共振试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的耦合强度随所述频率调控信号的幅度变化的实验，具体表现为所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态为本征态(包括基态和本征态)的概率随所述频率调控信号的幅度变化的实验。
步骤S22，基于所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上施加的频率调控信号的第一幅度和第二幅度、以及所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态振荡试验获得所述频率调控信号的第一宽度；其中，所述量子态振荡试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态随所述频率调控信号的宽度变化的实验。
具体的，通过所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线施加具有所述第一幅度的频率调控信号至第一量子比特，并通过所述第二量子比特连接的频率调控信号施加具有所述第二幅度的频率调控信号至所述第二量子比特，由步骤S1可知，此时，所述第一量子比特和所述第二量子比特产生共振且耦合强度最大(两个量子比特的频率相等)。基于此，对所述第一量子比特和所述第二量子比特进行量子态震荡实验，以获得所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态在交换过程中所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态为本征态的概率变化随所述频率调控信号的宽度变化最敏感时，施加在所述第一量子比特和所述第二量子比特上的频率调控信号的第一宽度。
需要说明的是，施加在所述第一量子比特和所述第二量子比特的频率调控信号的宽度自始至终都相等且同步变化，即施加在所述第一量子比特和所述第二量子比特的频率调控信号的持续时间是相等且同步变化的。
步骤S23，施加具有所述第一幅度和所述第一宽度的第一频率调控信号至所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线，并在第二预设范围内依次更新第二预设延时，施加更新所述第二预设延时后的具有所述第二幅度和所述第一宽度的第二频率调控信号至所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线，获得所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率随所述第二预设延时变化的第二曲线。
具体的，通过第一量子比特连接的频率调控信号传输线施加具有所述第一幅度和所述第一宽度的频率调控信号至所述第一量子比特上，并在第一预设范围内依次更新预设延时，通过第二量子比特连接的频率调控信号施加更新所述第二预设延时后的具有所述第二幅度和所述第一宽度的频率调控信号至所述第二量子比特上，由步骤S1和步骤S2可知，此时，所述第一量子比特和所述第二量子比特发生共振、耦合强度最大，且所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态为本征态的概率变化随所述频率调控信号的持续时间变化最敏感。
更具体的，在所述第二预设范围内采取1ns的步进递增方式依次更新所述第二预设延时，每步进递增一次，施加更新所述第二预设延时后的具有所述第二幅度和所述第一宽度的频率调控信号至所述第二量子比特，并测量一次所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率随所述第二预设延时变化的数据信息，然后将所有的数据信息以所述第二预设延时为横轴、所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率为纵轴绘成所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率随所述第二预设延时变化的第二曲线，如图8所示。
其中，所述第二预设范围根据所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线的长度设定，以保证所述第二预设延时在所述第二预设范围取值，能获取到全部的有效数据信息，使得所述第二变化曲线完整。
步骤S24，判断所述第二曲线是否具有波谷，若是，执行步骤S25。
具体的，可以从图8直观的看出所述第二曲线是否具有波谷，波谷处呈现的实际情况是，基于该点对应的第二预设延时对所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线进行延时校准后，两个所述频率调控信号经各自对应的所述频率调控信号传输线分别传输至第一量子比特和所述第二量子比特时，两个所述频率调控信号的波形的宽度是对齐的(即两个所述频率调控信号的波形的起点和终点是对齐的)。由前文叙述可知，当所述第一量子比特和所述第二量子比特的频率调控信号的波形对齐时(即所述第一量子比特和所述第二量子比特的频率调控信号的宽度相等，即持续时间相等)，第一量子比特和所述第二量子比特间的相互影响最大，且第一量子比特和所述第二量子比特的量子态为本征态的概率变化随所述频率调控信号的持续时间变化最敏感，呈现出第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率最低且相等，具体都为50％左右。
步骤S25，基于所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时确定所述第三延时。
示例性的，在所述判断所述第二曲线是否具有波谷之后，还包括：
若否，所述第一频率调控信号延时第二固定时长，返回执行步骤S23。
具体的，若只通过延时所述第二频率调控信号不可获取具有波谷的第一曲线，说明所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线的传输速度小于所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线的传输速度，此时所述第一频率调控信号需要延迟具有一定长度的第二固定时长，从而保证后续方案的可实施性。
示例性的，所述第一频率调控信号延时第二固定时长后，所述第二曲线具有波谷时，所述基于所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时确定所述第三延时，具体包括：
获取所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时。
基于所述第二预设延时以及所述第二固定时长确定所述第三延时。
基于同一发明构思，本实施例还提供一种量子计算机系统延时的校准装置，请参阅图9，所述校准装置200具体包括：
第一获取模块201，用于基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特相互耦合；
第二获取模块202，用于基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时；
校准模块203，用于基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准。
基于同一发明构思，本实施例又提供一种量子计算机，所述量子计算机包括量子芯片，以及如上所述的量子计算机系统延时的校准装置，其中，所述量子芯片上设置有多个相互耦合的量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述量子计算机系统延时的校准装置连接所述量子态调控信号传输线和所述频率调控信号传输线，用于实现如上所述的量子计算机系统延时的校准方法。
综上所述，本发明提供的一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机，具有以下优点：所述量子计算机系统包括量子芯片，所述量子芯片上设置有多个量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述校准方法在实施时，首先获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时，然后获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，最后基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准，从而消除不同量子态调控信号传输线上因设置有多种微波器件以及因长度不同带来的传输延时，以使得不同频率调控信号按照设计的时序到达其对应的量子比特，分别同时激发对应的量子比特，提高两量子比特门的调控精度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种量子计算机系统延时的校准方法，所述量子计算机系统包括量子芯片，所述量子芯片上设置有多个量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，其特征在于，所述校准方法包括：
获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特相互耦合；
获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时；
基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准。
2.如如权利要求1所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，所述获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时，具体包括：
基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时。
3.如如权利要求2所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，所述获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，具体包括：
基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时。
4.如权利要求1所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，所述基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，具体包括：
预设施加在所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号的持续时间为第一时间；
基于所述第一时间和所述第一延时确定施加在所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的持续时间为第二时间；
基于所述第二时间和所述第三延时确定施加在所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的持续时间为第三时间；
基于所述第三时间和所述第二延时确定施加在所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号的持续时间为第四时间；
基于所述第一时间和所述第四时间确定所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时。
5.如权利要求3所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，所述基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时，具体包括：
通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加第一控制信号至所述第一量子比特，并通过所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线施加第一预设延时后的第二控制信号至所述第一量子比特；其中，所述第一控制信号用于调控所述第一量子比特的量子态至本征态，所述第二控制信号用于调控所述第一量子比特的频率，所述第一量子比特的频率改变会影响其量子态为本征态的概率；
在第一预设范围内依次更新所述第一预设延时，并施加更新所述第一预设延时后的所述第二控制信号至所述第一量子比特，获得所述第一量子比特的量子态为本征态的概率随所述第一预设延时变化的第一曲线；其中，所述第一预设范围根据所述第一量子比特连接的所述量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线的长度设定；
判断所述第一曲线是否具有波谷；若是，基于所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时确定所述第一延时。
6.如权利要求5所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，在所述判断所述第一曲线是否具有波谷之后，还包括：
若否，将所述第一控制信号延迟第一固定时长，返回执行通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加第一控制信号至所述第一量子比特。
7.如权利要求6所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，所述第一控制信号延迟第一固定时长后，所述第一曲线具有波谷时，所述基于所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时确定所述第一延时，具体包括：
分别获取所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时；
分别基于所述第一预设延时以及所述第一固定时长确定所述第一延时。
8.如权利要求3所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，所述基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，具体包括：
将所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别预设为激发态和基态，并基于所述第一量子比特和所述第二量子比特的共振试验获得分别施加在所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的第一幅度和第二幅度；其中，所述共振试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的耦合强度随所述频率调控信号的幅度变化的实验；
基于所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上施加的频率调控信号的第一幅度和第二幅度、以及所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态振荡试验获得所述频率调控信号的第一宽度；其中，所述量子态振荡试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态随所述频率调控信号的宽度变化的实验；
施加具有所述第一幅度和所述第一宽度的第一频率调控信号至所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线，并在第二预设范围内依次更新第二预设延时，施加更新所述第二预设延时后的具有所述第二幅度和所述第一宽度的第二频率调控信号至所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线，获得所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率随所述第二预设延时变化的第二曲线；
判断所述第二曲线是否具有波谷，若是，基于所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时确定所述第三延时。
9.如权利要求8所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，在所述判断所述第二曲线是否具有波谷之后，还包括：
若否，所述第一频率调控信号延时第二固定时长，返回执行施加具有所述第一幅度和所述第一宽度的第一频率调控信号至所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线。
10.如权利要求9所述的量子计算机系统延时的校准方法，其特征在于，所述第一频率调控信号延时第二固定时长后，所述第二曲线具有波谷时，所述基于所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时确定所述第三延时，具体包括：
获取所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时；
基于所述第二预设延时以及所述第二固定时长确定所述第三延时。
11.一种量子计算机系统延时的校准装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特相互耦合；
第二获取模块，用于基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时；
校准模块，用于基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准。
12.一种量子计算机，其特征在于，所述量子计算机包括量子芯片，以及如权利要求11所述的量子计算机系统延时的校准装置，其中，所述量子芯片上设置有多个相互耦合的量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述量子计算机系统延时的校准装置连接所述量子态调控信号传输线和所述频率调控信号传输线，用于实现如权利要求1-10任意一项所述的量子计算机系统延时的校准方法。
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