基于超导量子计算的多比特操控系统及方法技术方案

本申请提供一种基于超导量子计算的多比特操控系统及方法，所述方法是将初始量子态及初始微波序列以交频信号输出；依据接收的所述交频信号操控内置的多比特门并输出待测量子态；对所述待测量子态并进行测量以获得当前多比特门的固有保真度；以及依据所述固有保真度进行计算生成优化微波序列，并将所述优化微波序列反馈进行再次操控以获得目标多比特门。

【技术实现步骤摘要】
基于超导量子计算的多比特操控系统及方法
本申请涉及量子通信
，特别是涉及一种基于超导量子计算的多比特操控系统及方法。
技术介绍
超导量子计算是目前量子计算机的主流实现方式之一，它利用约瑟夫森结(Josephsonjunction)电路的量子特性进行编码，并按照量子力学规律来操控这些量子比特(Qubit)。在这个过程中，对量子比特的操控尤为关键，这是因为对量子比特的操控将直接影响到量子计算机的运行速度与准确率，因此，如何快速而准确的多比特门操控对于实现通用量子计算机具有重要意义。目前已被证明，量子通用逻辑门组可以仅由一位量子门和经典两位门构成，现有的实现量子多位门的方式主要分为间接实现和直接实现。即实现任意多比特门的间接方式是将其分拆为多个单比特门和双比特门构成的量子线路。然而这将耗费更多的操控时间，由于量子单位门或/及两位门操作存在一定的错误率(保真度小于1)，这种间接实现多比特门的方式将带来更低的保真度，并花费更多的时间。因此，如何实现单次多比特门(single-shotmulti-qubitgate)操作对于量子计算具有十分重要的意义。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的相关问题，本申请的目的在于提供一种基于超导量子计算的多比特操控系统及方法，用于解决实现单次多比特门的操作。为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种基于超导量子计算的多比特操控系统，包括：微波输入模块，超导量子模块，测量模块，以及反馈模块。其中，所述微波输入模块用于将初始量子态及初始微波序列以交频信号输出；所述超导量子模块用于依据接收的所述交频信号操控内置的多比特门并输出待测量子态；所述测量模块用于接收所述待测量子态并进行测量以获得当前多比特门的固有保真度；所述反馈模块用于依据所述固有保真度进行计算生成优化微波序列，并将所述优化微波序列反馈给所述微波输入模块进行再次操控以获得目标多比特门。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述微波输入模块包括微波装置。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述微波输入模块输出的交频信号是经拆分不同时间段的信号叠加处理的交频信号。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述超导量子模块包括共面波导谐振腔，所述共面波导谐振腔包括多个串联结构的超导传输子(Transmon)，每一所述超导传输子(Transmon)由库珀对盒构成。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述超导量子模块包括共面波导谐振器。在本申请的第一方面的某些实施方式中，多个串联结构的超导传输子(Transmon)通过总线与所述共面波导谐振腔相耦合。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述测量模块包括：信号测量单元及保真度计算单元。其中，所述信号测量单元用于接收所述待测量子态；所述保真度计算单元用于通过预设的测量方式对所述待测量子态进行当前多比特门的固有保真度。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述预设的测量方式为X-Y-Z方向的投影测量。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述预设的测量方式为RB(RandomizedBenchmarking)测量，断层扫描(Tomography)测量，门集合断层扫描(GateSetTomography)测量，或者误差估计(ErrorMitigation)测量。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述反馈模块包括：参数优化单元及反馈单元，其中，所述参数优化单元用于依据所述固有保真度对所述初始微波序列进行优化处理后输出优化微波序列；所述反馈单元用于将所述优化微波序列反馈给所述微波输入模块进行再次操控以获得目标多比特门。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述反馈模块还包括保真度计算单元，用于通过预设的测量方式对所述待测量子态进行当前多比特门的固有保真度。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述参数优化单元利用BFGS算法或GlobalSearch算法对所述初始微波序列进行优化处理。在本申请的第一方面的某些实施方式中，所述基于超导量子计算的多比特操控系统还包括优化参数生成模块，用于发送预设的初始微波序列给所述微波输入模块，所述预设的初始微波序列是经预优化处理的。本申请的第二方面提供一种基于超导量子计算的多比特操控方法，包括以下步骤：将初始量子态及初始微波序列以交频信号输出；依据接收的所述交频信号操控内置的多比特门并输出待测量子态；对所述待测量子态并进行测量以获得当前多比特门的固有保真度；以及依据所述固有保真度进行计算生成优化微波序列，并将所述优化微波序列反馈进行再次操控以获得目标多比特门。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述交频信号为经拆分不同时间段的信号叠加处理的交频信号。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述多比特门为由多个串联结构的超导传输子(Transmon)通过总线与一共面波导谐振腔相耦合组成，每一所述超导传输子(Transmon)由库珀对盒构成。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述预设的测量方式为X-Y-Z方向的投影测量。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述预设的测量方式为RB(RandomizedBenchmarking)测量，断层扫描(Tomography)测量，门集合断层扫描(GateSetTomography)测量，或者误差估计(ErrorMitigation)测量。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述依据所述固有保真度进行计算生成优化微波序列的步骤包括依据所述固有保真度对所述初始微波序列进行优化处理后输出优化微波序列在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述参数优化单元利用BFGS算法或GlobalSearch算法对所述初始微波序列进行优化处理。在本申请的第二方面的某些实施方式中，所述方法还包括生成预设的初始微波序列的步骤，所述预设的初始微波序列是经预优化处理的。如上所述，本申请基于超导量子计算的多比特操控系统及方法，使用共面波导谐振模块将多个超导传输子(Transmon)耦合起来，并通过简单的微波元器件对这些量子比特进行操控，同时反馈数据并根据设计方案进行优化，获得最优控制(OptimalControl)参数，实现单次多比特门操作。本申请提供的技术方案具有可拓展性高，保真度高，操作时间短的优点，应用场景普遍，且成本较低，对于超导量子计算具有很强的实用价值。附图说明图1显示为本申请的基于超导量子计算的多比特操控系统的原理框图。图2显示为本申请的基于超导量子计算的多比特操控系统在一实施例中的示意图。图3显示为本申请的基于超导量子计算的多比特操控系统在另一实施例中的示意图。图4显示为本申请的基于超导量子计算的多比特操控系统在再一实施例中的示意图。图5显示为本申请的基于超导量子计算的多比特操控方法在一实施例中的流程示意图。图6显示为本申请的基于超导量子计算的多比特操控方法在另一实施例中的流程示意图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，包括：微波输入模块，用于将初始量子态及初始微波序列以交频信号输出；超导量子模块，用于依据接收的所述交频信号操控内置的多比特门并输出待测量子态；测量模块，用于接收所述待测量子态并进行测量以获得当前多比特门的固有保真度；以及反馈模块，用于依据所述固有保真度进行计算生成优化微波序列，并将所述优化微波序列反馈给所述微波输入模块进行再次操控以获得目标多比特门。

【技术特征摘要】
1.一种基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，包括：微波输入模块，用于将初始量子态及初始微波序列以交频信号输出；超导量子模块，用于依据接收的所述交频信号操控内置的多比特门并输出待测量子态；测量模块，用于接收所述待测量子态并进行测量以获得当前多比特门的固有保真度；以及反馈模块，用于依据所述固有保真度进行计算生成优化微波序列，并将所述优化微波序列反馈给所述微波输入模块进行再次操控以获得目标多比特门。2.根据权利要求1所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，所述微波输入模块包括微波装置。3.根据权利要求1所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，所述微波输入模块输出的交频信号是经拆分不同时间段的信号叠加处理的交频信号。4.根据权利要求1所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，所述超导量子模块包括共面波导谐振腔，所述共面波导谐振腔包括多个串联结构的超导传输子(Transmon)，每一所述超导传输子(Transmon)由库珀对盒构成。5.根据权利要求4所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，所述超导量子模块包括共面波导谐振器。6.根据权利要求4所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，多个串联结构的超导传输子(Transmon)通过总线与所述共面波导谐振腔相耦合。7.根据权利要求1所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，所述测量模块包括：信号测量单元，用于接收所述待测量子态；保真度计算单元，用于通过预设的测量方式对所述待测量子态进行当前多比特门的固有保真度。8.根据权利要求1所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，所述预设的测量方式为X-Y-Z方向的投影测量。9.根据权利要求1所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，所述预设的测量方式为RB(RandomizedBenchmarking)测量，断层扫描(Tomography)测量，门集合断层扫描(GateSetTomography)测量，或者误差估计(ErrorMitigation)测量。10.根据权利要求1所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特征在于，所述反馈模块包括：参数优化单元，用于依据所述固有保真度对所述初始微波序列进行优化处理后输出优化微波序列；以及反馈单元，用于将所述优化微波序列反馈给所述微波输入模块进行再次操控以获得目标多比特门。11.根据权利要求10所述的基于超导量子计算的多比特操控系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：马雄峰，张艺泓，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11