CN116722931B - 一种基于超导单磁通脉冲序列调控量子比特的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于超导单磁通脉冲序列调控量子比特的方法，该方法包括获取超导单磁通脉冲序列，其中，超导单磁通脉冲序列是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的多个信号波所生成的非等间隔的以字符标识进行表征的脉冲序列；利用电感耦合方式将超导单磁通脉冲序列耦合在初始量子比特上，得到受超导单磁通电路控制的量子比特，并对其进行调控，实现量子比特门操作。通过将数字化的字符标识表征的超导单磁通脉冲序列以电感耦合方式耦合到受控的初始量子比特上，能够得到高保真度的量子比特门，从而降低了超导单磁通控制系统的控制电路产生的准粒子对保真度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，更具体地，涉及一种基于超导单磁通脉冲序列调控量子比特的方法和量子比特。
背景技术
目前的量子计算机相对于经典计算机在特定问题的处理上具有指数级别的加速的优势。目前超导量子比特相对于其他量子计算体系具有易于扩展的特点有望成为支持可纠错量子计算机的体系。虽然超导量子比特具有可扩展的特点，但其依旧收到各种因素的影响。目前的超导量子比特是用室温电子学系统控制的，热量会从室温电子学系统通过连接到制冷机的接线传入到制冷机中。
目前使用超导单磁通电路控制超导量子比特的方案是将等间距的SFQ脉冲加入到超导量子比特的电容耦合控制线上。但是由于SFQ脉冲存在着较多高频信号，导致在实现量子比特控制的过程中，量子比特会发生高能级跃迁的现象——态泄露。此外SFQ电路中的约瑟夫森结的转变过程会产生准粒子，这些准粒子会通过声子光子等作用传播耦合到量子比特上，从而影响量子比特的性能。这两个因素导致着目前等间距的SFQ脉冲控制实现的量子门的保真度较低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于超导单磁通脉冲序列调控量子比特的方法和量子比特。
本发明实施例的一个方面提供了一种基于超导单磁通脉冲序列调控量子比特的方法，包括：
获取超导单磁通脉冲序列，其中，上述超导单磁通脉冲序列是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的多个信号波所生成的非等间隔的以字符标识进行表征的脉冲序列；
利用电感耦合方式将上述超导单磁通脉冲序列耦合在初始量子比特上，得到超导磁通控制的量子比特，其中，对量子比特调控实现量子比特门操作。
根据本发明的实施例，上述方法还包括：
针对多量子比特，利用耦合器处理上述超导单磁通控制系统输出的耦合脉冲序列，以使得上述耦合器对与上述耦合器关联的两个单量子比特之间的量子态干扰进行调控，得到调控后的超导磁通控制的多量子比特，其中，上述多量子比特用于生成多量子比特门，上述多量子比特包括至少两个上述量子比特，相邻两个上述量子比特之间设置一个上述耦合器，上述耦合器分别通过一个第一电容与一个上述量子比特连接，相邻的两个上述量子比特之间通过第二电容连接。
根据本发明的实施例，超导单磁通脉冲序列是通过如下方式生成的：
利用时钟信号生成器对门操作时间进行等分处理，得到时序上的多个操作子时间，其中，一个上述操作子时间对应一个字符标识，其中，上述字符标识表征超导单磁通脉冲或无信号，上述超导单磁通脉冲是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的信号波所生成的；
将多个上述操作子时间对应的字符标识存储于非耗散存储单元；
对上述非耗散存储单元进行循环激励处理，得到上述超导单磁通脉冲序列。
根据本发明的实施例，上述初始量子比特包括超导量子干涉环和设置在上述超导量子干涉环上的超导量子比特主环；
其中，利用电感耦合方式将上述超导单磁通脉冲序列耦合在初始量子比特上，得到超导磁通控制的量子比特，包括：
利用微波控制线传输上述超导单磁通脉冲序列；
利用上述电感耦合方式将上述超导单磁通脉冲序列耦合在上述超导量子干涉环上；
利用上述超导量子干涉环对上述超导单磁通脉冲序列进行转换处理，得到转换后的超导单磁通脉冲序列，其中，上述转换处理用于将字符标识表征的超导单磁通脉冲序列转换为信号类型的超导单磁通脉冲序列；
将上述转换后的超导单磁通脉冲序列耦合到上述超导量子比特主环上进行比特操控，以得到上述超导磁通控制的量子比特。
根据本发明的实施例，还包括：
针对量子比特，根据第一约化磁通信号和第二约化磁通信号，确定量子比特信息和上述微波控制线的整体哈密顿量表达式，其中，上述第一约化磁通信号表征上述超导单磁通脉冲序列耦合到超导量子干涉环上的约化磁通信号，上述第二约化磁通信号表征上述超导单磁通脉冲序列耦合到超导量子比特主环上的约化磁通信号；
根据上述整体哈密顿量表达式确定单量子比特门对上述量子比特信息的旋转变化量；
在上述旋转变化量满足预设变化量范围的情况下，将上述单量子比特门确定为目标单量子比特门。
根据本发明的实施例，根据上述整体哈密顿量表达式确定单量子比特门对上述量子比特信息的旋转变化量，包括：
对上述整体哈密顿量表达式进行泰勒展开，得到静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式；
对上述静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式分别在时间上进行积分处理，得到分别对应于静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式的矩阵；
根据多个上述矩阵确定上述单量子比特门对上述量子比特信息的旋转变化量。
根据本发明的实施例，根据多个上述矩阵确定上述单量子比特门对上述量子比特信息的旋转变化量，包括：
根据多个上述矩阵确定上述单量子比特门的操作矩阵，其中，上述操作矩阵包括第一参数、第二参数和第三参数，上述第一参数表征上述单量子比特门中操作转轴的径向角，上述第二参数表征上述单量子比特门中操作转轴的旋转角，上述第三参数表征上述量子比特信息基于上述操作转轴的转向角；
根据上述第一参数、第二参数和第三参数，确定上述单量子比特门对上述量子比特的旋转变化量。
根据本发明的实施例，整体哈密顿量表达式如公式（1）所示，静态哈密顿量表达式/>如公式（3）所示，驱动哈密顿量表达式/>如公式（4）所示，
（1）
（2）
（3）
（4）
其中，公式（2）为公式（1）在单量子比特x/2门时的整体哈密顿量表达式，此时，，/>是第一约化磁通信号，/>是第二约化磁通信号，/>为超导量子干涉环上电容容量，/>为库伯对数目算符，/>为约瑟夫森能量，/>为约化磁通算符，/>是单量子比特DCSQUID环的约化剩余磁通信号。
本发明实施例的二个方面提供了一种量子比特，包括：
微波控制线，用于传输超导单磁通脉冲序列，其中，上述超导单磁通脉冲序列是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的多个信号波所生成的非等间隔的以字符标识进行表征的脉冲序列；
单量子比特，用于通过电感耦合方式对上述超导单磁通脉冲序列进行耦合，上述单量子比特用于生成单量子比特门。
根据本发明的实施例，还包括：
多量子比特，包括：
多个上述单量子比特；
至少一个耦合器，每两个相邻的上述单量子比特之间设置一个上述耦合器，上述耦合器用于处理上述超导单磁通控制系统输出的耦合脉冲序列，以使得上述耦合器对与上述耦合器关联的两个单量子比特之间的量子态干扰进行调控；
其中，上述耦合器分别通过一个第一电容与一个上述单量子比特连接，相邻的两个上述单量子比特之间通过第二电容连接。
根据本发明的实施例，通过将数字化的字符标识表征的超导单磁通脉冲序列以电感耦合方式耦合到受控的初始量子比特上，能够得到高保真度的量子比特，从而降低了超导单磁通控制系统的控制电路产生的准粒子对保真度的影响。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的量子比特的调控方法的流程图；
图2示出了根据本发明实施例的量子比特的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的多量子比特的结构示意图；
图4示出了根据本发明实施例的单量子比特X/2门的矩阵元模方随时间的演化变化示意图；
图5示出了根据本发明实施例的在布洛赫球上的表示示意图；
图6示出了相关技术的微波控制方案实现X门操作的示意图；
图7示出了根据本发明实施例的非等间距超导单磁通脉冲序列实现X门操作的示意图；
图8示出了根据本发明实施例的X门演化矩阵的矩阵元模方随时间的变化图；
图9示出了根据本发明实施例的非等间距超导单磁通脉冲序列控制耦合器实现受控Z门的矩阵演化图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。
目前的量子计算机相对于经典计算机在特定问题的处理上具有指数级别的加速的优势。这一优势随着可控的量子比特数目的增长而增长。此外量子比特十分脆弱，极易受到环境噪声的影响发生退相干过程，量子比特所携带的量子信息会在退相干过程中逐渐消失，故需要相应的量子纠错算法保护量子比特。无论何种量子纠错算法，它们都使用多个量子比特组合成一个可纠错的逻辑比特。在这一思想的指导下，可纠错的量子计算机需要的比特数将会成倍地增长。故未来量子计算机发展的道路上量子比特数目的扩展将是一个不可绕过的话题。
目前超导量子比特相对于其他量子计算体系具有易于扩展的特点有望成为支持可纠错量子计算机的体系。虽然超导量子比特具有可扩展的特点，但其依旧收到各种因素的影响。目前的超导量子比特是用室温电子学系统控制的，热量会从室温电子学系统通过连接到制冷机的接线传入到制冷机中。而制冷机的制冷功率是有限的，故受到制冷机功率的影响超导量子比特的扩展受到了限制。此外随着比特数目的增长，超导量子计算机所需要的从室温电子学系统接入的控制线的数目也在增长，这也会影响量子比特的扩展。
超导电子学系统的一种超导单磁通电路(Single Flux Quantum，SFQ)有望克服室温电子学系统和制冷机功率对超导量子比特扩展的限制。超导单磁通电路的基本电路元件是超导约瑟夫森结，其总体功耗十分小。且超导单磁通电路使用的数字逻辑是脉冲逻辑，在特定时间内存在一个SFQ脉冲则为逻辑‘1’，特定时间内不存在SFQ脉冲为逻辑‘0’故其静态功耗极小。超导单磁通电路芯片是用铌工艺制成的，其可以放入制冷机中，这将极大地改善电子学系统和超导量子比特之间的连线任务。
目前使用超导单磁通电路控制超导量子比特的方案是将等间距的SFQ脉冲加入到超导量子比特的电容耦合控制线上。SFQ脉冲之间的间隔时间所对应的频率是被控量子比特01频率的n分之一，n为整数。这一SFQ控制方案可以实现超导单量子比特的XY控制。但是由于SFQ脉冲存在着较多高频信号，导致在实现量子比特控制的过程中，量子比特会发生高能级跃迁的现象——态泄露。此外SFQ电路中的约瑟夫森结的转变过程会产生准粒子，这些准粒子会通过声子光子等作用传播耦合到量子比特上，从而影响量子比特的性能。这两个因素导致目前等间距的SFQ脉冲控制实现的量子门的保真度较低。
有鉴于此，本发明提供了一种基于超导单磁通脉冲序列调控量子比特的方法，包括：获取超导单磁通脉冲序列，其中，所述超导单磁通脉冲序列是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的多个信号波所生成的非等间隔的以字符标识进行表征的脉冲序列；利用电感耦合方式将所述超导单磁通脉冲序列耦合在初始量子比特上，得到超导磁通控制的量子比特，对量子比特调控实现量子比特门操作。
图1示出了根据本发明实施例的量子比特的调控方法的流程图。图2示出了根据本发明实施例的量子比特的结构示意图。
如图1和图2所示，基于超导单磁通脉冲序列调控调控量子比特的方法包括操作S101~操作S102。
在操作S101，获取超导单磁通脉冲序列，其中，超导单磁通脉冲序列是由超导单磁通控制系统（SFQ Control System）根据微波源输出的多个信号波所生成的非等间隔的以字符标识进行表征的脉冲序列；
在操作S102，利用电感耦合方式将超导单磁通脉冲序列耦合在初始量子比特上，得到超导磁通控制的量子比特，其中，对量子比特调控实现量子比特门操作。
根据本发明的实施例，量子比特是一种具体的电路结构，如图2所示，而量子比特门则是量子比特生成的一种门操作。
根据本发明的实施例，超导是指导体在某一温度下，电阻为预设值（例如为0）的状态。字符标识可以是指0和1，例如可以利用“0”表征该时间段内不存在超导单磁通脉冲，利用“1” 表征该时间段内存在超导单磁通脉冲，从而形成一串只含字符“1”和字符“0”的字符串，该字符串即可以表征超导单磁通脉冲序列。信号波可以是方波、斩波或正弦波中的至少一种。
根据本发明的实施例，超导单磁通控制系统在高速SFQ（Single Flux Quantum）时钟触发的情况下，输出的非等间距的超导单磁通脉冲序列可以通过控制线以电感耦合方式耦合到受控的初始量子比特上，实现了高保真度的量子比特门。电感耦合的控制方式可以减少从超导单磁通控制系统的控制电路生成的准粒子对超导量子比特性能的影响。
根据本发明的实施例，通过将数字化的字符标识表征的超导单磁通脉冲序列以电感耦合方式耦合到受控的初始量子比特上，能够得到高保真度的量子比特门，从而降低了超导单磁通控制系统的控制电路产生的准粒子对保真度的影响。
图3示出了根据本发明实施例的多量子比特的结构示意图。
此外，发明人还发现目前使用超导单磁通电路控制超导量子比特的方案中的超导量子线路是不带耦合器的。不带耦合器的超导量子线路相邻量子比特之间具有不可消除的残余ZZ耦合，这种效应会大大降低量子门操作的保真度。
有鉴于此，量子比特的调控方法还包括：
针对多量子比特，利用耦合器处理超导单磁通控制系统输出的耦合脉冲序列，以使得耦合器对与耦合器关联的两个量子比特之间的量子态干扰进行调控，得到如图3所示的调控后的多量子比特，其中，多量子比特用于生成多量子比特门，多量子比特包括至少两个量子比特，相邻两个量子比特之间设置一个耦合器，耦合器分别通过一个第一电容与一个单量子比特连接，相邻的两个量子比特之间通过第二电容连接。
根据本发明的实施例，耦合器的结构可以与量子比特的结构相同。
根据本发明的实施例，输入到相邻两个量子比特之间耦合器的耦合脉冲序列具有相应的高频部分的信号，相应的高频信号与相邻两个量子比特的11能级与耦合器能级之间的频率相对应，使得这两个能级发生耦合进行能量转换。在量子态的过程中，耦合器能够关断与受控的量子比特相邻的量子比特对受控的量子比特的残余ZZ耦合，以实现几何相位的积累，从而实现高保真度的超导磁通控制的多量子比特，多量子比特用于生成多量子比特门，即控制Z门。
图4示出了根据本发明实施例的单量子比特X/2门的矩阵元模方随时间的演化变化示意图。
根据本发明的实施例，超导单磁通脉冲序列是通过如下方式生成的：
利用时钟信号生成器对门操作时间进行等分处理，得到时序上的多个操作子时间，其中，一个操作子时间对应一个字符标识，其中，字符标识表征超导单磁通脉冲或无信号，超导单磁通脉冲是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的信号波所生成的；
将多个操作子时间对应的字符标识存储于非耗散存储单元；
对非耗散存储单元进行循环激励处理，得到超导单磁通脉冲序列。
根据本发明的实施例，利用一组高速的时钟信号生成器将门操作时间均分成若干小份。每一份操作子时间内可以存在一个超导单磁通脉冲或无信号，这样可以组成一串非等间隔的超导单磁通脉冲序列，且这一个非等间距脉冲序列可以由一串只含字符“1”和字符“0”的字符串表示，参见图2右侧和图3上方的超导单磁通脉冲序列示意图，示意图中深色表征“1”，浅色表征“0”，每个小格代表一个时钟周期，小格数目乘以时钟周期即可得到单量子比特门操作-X/2的门用时时间，可以将这非等间距的脉冲序列作为高速的时钟信号。
根据本发明的实施例，在单量子比特X/2门操作的过程中，参见图4（a）~图4（d），X/2门对应的矩阵经过20ns的时间形成所需的单量子比特X/2门。其中，中的x为比特末态为x态，y为比特的初始态为y态，/>为状态概率。
根据本发明的实施例，将上述高速的时钟信号存储于非耗散存储单元，例如有超导材料制成的环形寄存器，通过循环激励环形寄存器来产生高速的非等间距超导单磁通脉冲序列。
根据本发明的实施例，初始量子比特门包括超导量子干涉环和设置在超导量子干涉环上的超导量子比特主环；
其中，利用电感耦合方式将超导单磁通脉冲序列耦合在初始量子比特上，得到超导磁通控制的量子比特，包括：
利用微波控制线传输超导单磁通脉冲序列；
利用电感耦合方式将超导单磁通脉冲序列耦合在超导量子干涉环上；
利用超导量子干涉环对超导单磁通脉冲序列进行转换处理，得到转换后的超导单磁通脉冲序列，其中，转换处理用于将字符标识表征的超导单磁通脉冲序列转换为信号类型的超导单磁通脉冲序列；
将转换后的超导单磁通脉冲序列耦合到超导量子比特主环上进行比特操控，以得到超导磁通控制的量子比特。
根据本发明的实施例，微波控制线上的超导单磁通脉冲序列通过微波控制线上的电感和超导量子比特主环上的电容耦合到超导量子干涉环上，从而使得在超导单磁通脉冲序列的基础上实现量子比特的构建和调控。
在一种可替换的实施例中，该超导单磁通脉冲序列可以通过遗传算法进行优化获得，并将其输入至非耗散存储单元。
根据本发明的实施例，量子比特的调控方法还包括：
针对量子比特，根据第一约化磁通信号和第二约化磁通信号，确定量子比特信息和微波控制线的整体哈密顿量表达式，其中，第一约化磁通信号表征超导单磁通脉冲序列耦合到超导量子干涉环上的约化磁通信号，第二约化磁通信号表征超导单磁通脉冲序列耦合到超导量子比特主环上的约化磁通信号；
根据整体哈密顿量表达式确定单量子比特门对量子比特信息的旋转变化量；
在旋转变化量满足预设变化量范围的情况下，将单量子比特门确定为目标单量子比特门。
根据本发明的实施例，针对单量子比特门，其在布洛赫球上有一个转轴。将此转轴绕Z轴旋转任意角度，且旋转角不变，这个新的转轴对应于一个新的单比特量子门，即目标单量子比特生成的单量子比特门。本发明将寻找实现这个新的单量子比特门的非等间距超导单磁通脉冲序列。在一定的相位精度下，单量子比特都能有较高的保真度和相同的门操作时间。
根据本发明的实施例，根据第一约化磁通信号和第二约化磁通信号，确定量子比特信息和微波控制线的整体哈密顿量表达式，根据整体哈密顿量表达式确定单量子比特门对量子比特信息的旋转变化量，从而根据旋转变化量确定目标单量子比特，目标单量子比特用于生成目标单量子比特门。
根据本发明的实施例，由于计算得到的旋转变化量与真正需要的目标单量子门的旋转变化量存在一定的误差，因此若旋转变化量在预设变化量范围之内，即可将其确定为目标单量子门对应的旋转变化量。其中，预设变化量范围可以根据实际需求调整，例如可以为±1°。
根据本发明的实施例，根据整体哈密顿量表达式确定单量子比特门对量子比特信息的旋转变化量，包括：
对整体哈密顿量表达式进行泰勒展开，得到静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式；
对静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式分别在时间上进行积分处理，得到分别对应于静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式的矩阵；
根据多个矩阵确定单量子比特门对量子比特信息的旋转变化量。
根据本发明的实施例，每一个时钟周期对应一个酉矩阵（即本发明的矩阵），若码字为“1”对应着酉矩阵，若码字为“0”则对应着酉矩阵/>。最终一个非等间距码字就对应这一个酉矩阵。从而根据多个矩阵确定单量子比特门对量子比特信息的旋转变化量。其中，矩阵表征对量子比特信息的旋转操作的量。
图5示出了根据本发明实施例的在布洛赫球上的表示示意图。
根据本发明的实施例，根据多个矩阵确定单量子比特门对量子比特信息的旋转变化量，包括：
根据多个矩阵确定单量子比特门的操作矩阵，其中，操作矩阵包括第一参数、第二参数和第三参数，第一参数表征单量子比特门中操作转轴的径向角，第二参数表征单量子比特门中操作转轴的旋转角，第三参数表征量子比特基于操作转轴的转向角；
根据第一参数、第二参数和第三参数，确定单量子比特门对量子比特信息的旋转变化量。
根据本发明的实施例，例如转轴相位控制，即操作矩阵，其中，第一个参数/>表示该单量子比特门中操作转轴的径向角，第二个参数/>表示该量子比特门操作转轴的径向角，第三个参数/>表示该单量子比特门操作的旋转角。本发明中单量子比特门操作具有高精度的相位调控能力指的是/>可以高精度的调控。
根据本发明的实施例，如图5为在布洛赫球上的表示。通过本发明的调控方法可以优化出任意/>门的非等间距超导单量子磁通脉冲序列，且量子比特门的保真度都可以达到99.99%。相对应的结果如表1所示。
表1
图6示出了相关技术的微波控制方案实现X门操作的示意图。
根据本发明的实施例，传统微波控制方案若想执行一个X门操作只需在相位连续的微波源上任意地添加两个X/2门的波包，如图6所示，其中正弦波为L0微波源发出的相位连续的微波信号。此方式只需简单地将两个X/2波包随时间顺序排列起来就可以执行X门操作，无论这两个波包之间的时间间隔是多少。其中图6中上方所示的波形为正弦波，下方所示的波形为高斯波。
图7示出了根据本发明实施例的非等间距超导单磁通脉冲序列实现X门操作的示意图。
根据本发明的实施例，如图7所示，由于两个X/2门之间存在相位问题，因此两个X/2门的组合并不是X门。在具体执行的过程中需要考虑前一个X/2门时间所对应的相位和两个X/2门之间的间隔时间所对应的相位之和对后一个X/2门操作转轴的影响。相位积累之和为，其中/>为两个X/2门之间的间隔时间所对应的相位。/>为前一个X/2门时间所对应的相位。在这种情况下后一个X/2门应该用/>来代替以组成X门。在/>时，两个X/2门的组合为X门。
图8示出了根据本发明实施例的X门演化矩阵矩阵元模方随时间的变化图。
根据本发明的实施例，图8（a）~图8（d）是基于本方案非等间距超导单磁通脉冲序列控制的X门的矩阵元模方图，其是由一个X/2门与一个相位控制精确的组成的，由此可以实现高保真度的组合门。
图9示出了根据本发明实施例的非等间距超导单磁通脉冲序列控制耦合器实现受控Z门的矩阵演化图。
根据本发明的实施例，如图9（a）~图9（d）所示，矩阵的实部经过100纳秒的演化，最终稳定在-1，因此受控Z门具有非常高的保真度。
根据本发明的实施例，整体哈密顿量表达式如公式（5）所示，静态哈密顿量表达式/>如公式（7）所示，驱动哈密顿量表达式/>如公式（8）所示，
（5）
（6）
（7）
（8）
其中，公式（6）为公式（5）在单量子比特x/2门时的整体哈密顿量表达式，此时，/>是第一约化磁通信号，/>是第二约化磁通信号，/>为超导量子干涉环上电容容量，/>为库伯对数目算符，/>为约瑟夫森能量，/>为约化磁通算符，/>是单量子比特DCSQUID环的约化剩余磁通信号。
参照图2，量子比特包括：
微波控制线，用于传输超导单磁通脉冲序列，其中，超导单磁通脉冲序列是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的多个信号波所生成的非等间隔的以字符标识进行表征的脉冲序列；
单量子比特，用于通过电感耦合方式对超导单磁通脉冲序列进行耦合，单量子比特用于生成单量子比特门。
根据本发明的实施例，通过将数字化的字符标识表征的超导单磁通脉冲序列以电感耦合方式耦合到受控的初始量子比特上，能够得到高保真度的单量子比特，从而降低了超导单磁通控制系统的控制电路产生的准粒子对保真度的影响。
参照图3，量子比特还包括：
多量子比特，包括：
多个单量子比特；
至少一个耦合器，每两个相邻的单量子比特之间设置一个耦合器，耦合器用于处理超导单磁通控制系统输出的耦合脉冲序列，以使得耦合器对与耦合器关联的两个单量子比特之间的量子态干扰进行调控；
其中，耦合器分别通过一个第一电容与一个单量子比特连接，相邻的两个单量子比特之间通过第二电容连接。
需要说明的是，本发明的实施例中量子比特部分与本发明的实施例中量子比特的调控方法部分是相对应的，量子比特部分的描述具体参考量子比特的调控方法部分，在此不再赘述。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。
Claims (9)
1.一种基于超导单磁通脉冲序列调控量子比特的方法，其特征在于，包括：
获取超导单磁通脉冲序列，其中，所述超导单磁通脉冲序列是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的多个信号波所生成的非等间隔的以字符标识进行表征的脉冲序列；
利用电感耦合方式将所述超导单磁通脉冲序列耦合在初始量子比特上，得到超导磁通控制的量子比特，其中，对所述量子比特调控实现量子比特门操作；
其中，所述初始量子比特包括超导量子干涉环和设置在所述超导量子干涉环上的超导量子比特主环；
其中，利用电感耦合方式将所述超导单磁通脉冲序列耦合在初始量子比特上，得到超导磁通控制的量子比特，包括：
利用微波控制线传输所述超导单磁通脉冲序列；
利用所述电感耦合方式将所述超导单磁通脉冲序列耦合在所述超导量子干涉环上；
利用所述超导量子干涉环对所述超导单磁通脉冲序列进行转换处理，得到转换后的超导单磁通脉冲序列，其中，所述转换处理用于将字符标识表征的超导单磁通脉冲序列转换为信号类型的超导单磁通脉冲序列；
将所述转换后的超导单磁通脉冲序列耦合到所述超导量子比特主环上进行比特操控，以得到所述超导磁通控制的量子比特。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
针对多量子比特，利用耦合器处理所述超导单磁通控制系统输出的耦合脉冲序列，以使得所述耦合器对与所述耦合器关联的两个单量子比特之间的量子态干扰进行调控，得到调控后的超导磁通控制的多量子比特，其中，所述多量子比特用于生成多量子比特门，所述多量子比特包括至少两个所述量子比特，相邻两个所述量子比特之间设置一个所述耦合器，所述耦合器分别通过一个第一电容与一个所述量子比特连接，相邻的两个所述量子比特之间通过第二电容连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超导单磁通脉冲序列是通过如下方式生成的：
利用时钟信号生成器对门操作时间进行等分处理，得到时序上的多个操作子时间，其中，一个所述操作子时间对应一个字符标识，其中，所述字符标识表征超导单磁通脉冲或无信号，所述超导单磁通脉冲是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的信号波所生成的；
将多个所述操作子时间对应的字符标识存储于非耗散存储单元；
对所述非耗散存储单元进行循环激励处理，得到所述超导单磁通脉冲序列。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
针对量子比特，根据第一约化磁通信号和第二约化磁通信号，确定量子比特信息和所述微波控制线的整体哈密顿量表达式，其中，所述第一约化磁通信号表征所述超导单磁通脉冲序列耦合到超导量子干涉环上的约化磁通信号，所述第二约化磁通信号表征所述超导单磁通脉冲序列耦合到超导量子比特主环上的约化磁通信号；
根据所述整体哈密顿量表达式确定单量子比特门对所述量子比特信息的旋转变化量；
在所述旋转变化量满足预设变化量范围的情况下，将所述单量子比特门确定为目标单量子比特门。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述整体哈密顿量表达式确定单量子比特门对所述量子比特信息的旋转变化量，包括：
对所述整体哈密顿量表达式进行泰勒展开，得到静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式；
对所述静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式分别在时间上进行积分处理，得到分别对应于静态哈密顿量表达式和驱动哈密顿量表达式的矩阵；
根据多个所述矩阵确定所述单量子比特门对所述量子比特信息的旋转变化量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据多个所述矩阵确定所述单量子比特门对所述量子比特信息的旋转变化量，包括：
根据多个所述矩阵确定所述单量子比特门的操作矩阵，其中，所述操作矩阵包括第一参数、第二参数和第三参数，所述第一参数表征所述单量子比特门中操作转轴的径向角，所述第二参数表征所述单量子比特门中操作转轴的旋转角，所述第三参数表征所述量子比特信息基于所述操作转轴的转向角；
根据所述第一参数、第二参数和第三参数，确定所述单量子比特门对所述量子比特的旋转变化量。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，整体哈密顿量表达式如公式（1）所示，静态哈密顿量表达式/>如公式（3）所示，驱动哈密顿量表达式/>如公式（4）所示，
（1）
（2）
（3）
（4）
其中，公式（2）为公式（1）在单量子比特x/2门时的整体哈密顿量表达式，此时，/>是第一约化磁通信号，/>是第二约化磁通信号，/>为超导量子干涉环上电容容量，/>为库伯对数目算符，/>为约瑟夫森能量，/>为约化磁通算符，/>是单量子比特DCSQUID环的约化剩余磁通信号。
8.一种量子比特，其特征在于，包括：
微波控制线，用于传输超导单磁通脉冲序列，其中，所述超导单磁通脉冲序列是由超导单磁通控制系统根据微波源输出的多个信号波所生成的非等间隔的以字符标识进行表征的脉冲序列；
单量子比特，用于通过电感耦合方式对所述超导单磁通脉冲序列进行耦合，所述单量子比特用于生成单量子比特门；
其中，所述单量子比特包括超导量子干涉环和设置在所述超导量子干涉环上的超导量子比特主环；
其中，利用电感耦合方式将所述超导单磁通脉冲序列耦合在单量子比特上，得到超导磁通控制的量子比特，包括：
利用微波控制线传输所述超导单磁通脉冲序列；
利用所述电感耦合方式将所述超导单磁通脉冲序列耦合在所述超导量子干涉环上；
利用所述超导量子干涉环对所述超导单磁通脉冲序列进行转换处理，得到转换后的超导单磁通脉冲序列，其中，所述转换处理用于将字符标识表征的超导单磁通脉冲序列转换为信号类型的超导单磁通脉冲序列；
将所述转换后的超导单磁通脉冲序列耦合到所述超导量子比特主环上进行比特操控，以得到所述超导磁通控制的单量子比特。
9.根据权利要求8所述的量子比特，其特征在于，还包括：
多量子比特，包括：
多个所述单量子比特；
至少一个耦合器，每两个相邻的所述单量子比特之间设置一个所述耦合器，所述耦合器用于处理所述超导单磁通控制系统输出的耦合脉冲序列，以使得所述耦合器对与所述耦合器关联的两个单量子比特之间的量子态干扰进行调控；
其中，所述耦合器分别通过一个第一电容与一个所述单量子比特连接，相邻的两个所述单量子比特之间通过第二电容连接。
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