用于量子信息处理的振荡器控制的技术以及相关系统和方法技术方案

根据一些方面，提供一种操作电路量子电动力学系统的方法，该电路量子电动力学系统包括分散地耦接至量子力学振荡器的物理量子比特，该方法包括：基于量子力学振荡器的数态向物理量子比特施加第一电磁脉冲，其中，第一电磁脉冲引起量子力学振荡器的状态的变化；以及在施加第一电磁脉冲之后，向量子力学振荡器施加第二电磁脉冲，第二电磁脉冲相干地向量子力学振荡器添加能量或者从量子力学振荡器移除能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于量子信息处理的振荡器控制的技术以及相关系统和方法相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2015年2月27日提交的题为“UniversalControlofanOscillatorforQuantumInformationProcessing”的美国临时专利申请第62/126,130号的权益，其全部内容通过引用被合并到本文中。关于联邦资助的研究和开发的声明本专利技术是在美国政府的支持下由美国陆军研究部授予的第W911NF-14-1-0011号授权。美国政府对本专利技术有一定的权利。
本申请涉及用于控制量子力学系统的状态的装置和方法。
技术介绍
制备和控制量子系统的量子态的能力对于量子信息处理很重要。正如传统的计算机存储器应当具有对位进行初始化并实现将位的状态从零变成一或者从一变成零的门的能力，量子计算机应当能够对用于存储量子信息的量子系统的状态进行初始化，并且量子系统应当能够被控制成实现改变量子系统的量子态的逻辑门。量子信息可以被存储在各种量子力学系统中的任何量子力学系统中。通常，量子信息可以使用量子比特(quantumbit)，其被称为“量子比特(qubit)”来存储，这些量子比特通常是两态量子力学系统。然而，诸如量子力学振荡器的多态量子系统也可以用于存储量子信息。
技术实现思路
一些方面涉及一种操作电路量子电动力学系统的方法，该电路量子电动力学系统包括分散地耦接至量子力学振荡器的物理量子比特，该方法包括：基于量子力学振荡器的数态向物理量子比特施加第一电磁脉冲，其中，第一电磁脉冲引起量子力学振荡器的状态的变化；以及在施加第一电磁脉冲之后，向量子力学振荡器施加第二电磁脉冲，第二电磁脉冲相干地向量子力学振荡器添加能量或者从量子力学振荡器移除能量。根据一些实施方式，该方法还包括：在施加第一电磁脉冲之前，将物理量子比特驱动成基态；以及在施加第一电磁脉冲之后，将物理量子比特驱动成基态。根据一些实施方式，该方法还包括：通过基于量子力学振荡器的数态向物理量子比特施加第三电磁脉冲来测量量子力学振荡器的奇偶性。根据一些实施方式，该方法还包括：通过向物理量子比特施加第四电磁脉冲来测量量子力学振荡器的数态。根据一些实施方式，第一电磁脉冲的频率基于量子力学振荡器的数态。根据一些实施方式，第一电磁脉冲的幅度小于在物理量子比特与量子力学振荡器之间的分散耦接的幅度。根据一些实施方式，由第一电磁脉冲引起的量子力学振荡器的状态的变化是量子力学振荡器的一个或多个Fock态分量的量子相位变化。根据一些实施方式，量子力学振荡器中的每个光子的量子比特频移大于量子比特跃迁线宽。根据一些实施方式，第一电磁脉冲包括第一频率分量，并且量子力学振荡器在与第一频率不同的第二频率处谐振。根据一些实施方式，第二电磁脉冲的频率是量子力学振荡器的谐振频率。根据一些实施方式，第二电磁脉冲至少部分地基于第一电磁脉冲。根据一些实施方式，物理量子比特包括约瑟夫逊结。根据一些实施方式，物理量子比特是超导传输线并联等离子体振荡量子比特。根据一些实施方式，量子力学振荡器是辐射腔。根据一些实施方式，量子力学振荡器是微波带状线腔。根据一些实施方式，第一电磁脉冲包括微波频率。一些方面涉及一种电路量子电动力学系统，包括：物理量子比特、分散地耦接至物理量子比特的量子力学振荡器、以及至少一个电磁辐射源，至少一个电磁辐射源被配置成通过以下向量子比特和振荡器独立地施加电磁脉冲：基于量子力学振荡器的数态向物理量子比特施加第一电磁脉冲，以引起量子力学振荡器的状态的变化，以及向量子力学振荡器施加第二电磁脉冲，以相干地向量子力学振荡器添加能量或者从量子力学振荡器移除能量。根据一些实施方式，量子力学振荡器是第一量子力学振荡器，该系统还包括耦接至物理量子比特的第二量子力学振荡器，并且第二量子力学振荡器的品质因数低于第一量子力学振荡器的品质因数。根据一些实施方式，由第一电磁脉冲引起的量子力学振荡器的状态的变化是量子力学振荡器的一个或多个Fock态分量的量子相位变化。根据一些实施方式，量子力学振荡器中的每个光子的量子比特频移大于量子比特跃迁线宽。根据一些实施方式，第一电磁脉冲包括第一频率分量，并且其中，量子力学振荡器在与第一频率不同的第二频率处谐振。根据一些实施方式，物理量子比特包括约瑟夫逊结。根据一些实施方式，物理量子比特是超导传输线并联等离子体振荡量子比特。根据一些实施方式，量子力学振荡器是辐射腔。根据一些实施方式，量子力学振荡器是微波带状线腔。根据一些实施方式，第一电磁脉冲被配置成包括微波频率。附图说明将参照以下附图对各个方面和实施方式进行描述。应当理解，附图不一定按比例绘制。在附图中，各个图所示出的每个相同或几乎相同的部件由相同的附图标记表示。为了清楚起见，并非每个部件都在每个图中标注。图1是根据一些实施方式的量子力学系统的框图；图2描绘了根据一些实施方式的耦接至量子力学振荡器的量子比特的示例性频谱；图3描绘了根据一些实施方式的操纵量子力学振荡器的状态的示例性过程；图4A至图4C描绘了根据一些实施方式的可以施加于量子比特的示例性量子门；图5描绘了根据一些实施方式的分别施加于量子比特和量子力学振荡器的选择性数量相关的任意相位(SNAP)门和位移操作的组合；图6描绘了根据一些实施方式的在量子力学振荡器内产生Fock态|1>的状态操纵的示例性序列；图7描绘了根据一些实施方式的向量子力学系统施加SNAP门和一个或多个位移操作的方法；图8示出了根据一些实施方式的可以施加以产生特定Fock态|n>的SNAP门的数量；以及图9是根据一些实施方式的包括多个量子力学振荡器的量子力学系统的框图。具体实施方式常规的量子信息处理方案与多个二级(two-level)量子系统(即“量子比特”)耦接以对信息进行编码。然而，量子信息往往易损坏且易受噪声和去相干过程的影响。因此，经常采用误差校正协议(protocol)，目的是延长可以可靠存储量子信息的时间量。一些量子校正协议利用从物理量子比特的集合构建的单个逻辑量子比特。例如，逻辑量子比特的量子态|ψ>可以由两个状态|0>和|1>的叠加来表示，例如|ψ>＝α|0>+β|1>，其中，α和β是分别表示逻辑量子比特处于状态|0>和|1>的概率幅的复数。在一些误差校正方案中，可以以多个物理量子比特对逻辑量子比特的量子态物理地进行编码，例如通过使处于具有与逻辑量子比特相同的概率幅的状态的三个物理量子比特纠缠：|ψ>＝α|000>+β|111)，这表示三个物理量子比特的纠缠量子态。其他量子误差校正方案利用量子力学振荡器对量子信息的位进行编码，因为这样的振荡器往往表现出比从例如约瑟夫森结构建的量子比特更长的去相干时间。这样的振荡器具有线性能谱，然而，由于产生状态跃迁(statetransition)的简并(degeneracy)而难以进行振荡器状态的量子控制。通常，量子比特可以谐振地耦接至量子力学振荡器，其产生具有可控的非线性的组合系统。专利技术人已经认识并领会到形成其中量子比特非谐振地(faroff-resonantly)或分散地耦接至量子力学振荡器的系统有优势。具体地，可以选择物理量子比特和量子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作电路量子电动力学系统的方法，所述电路量子电动力学系统包括分散地耦接至量子力学振荡器的物理量子比特，所述方法包括：基于所述量子力学振荡器的数态向所述物理量子比特施加第一电磁脉冲，其中，所述第一电磁脉冲引起所述量子力学振荡器的状态的变化；以及在施加所述第一电磁脉冲之后，向所述量子力学振荡器施加第二电磁脉冲，以相干地向所述量子力学振荡器添加能量或者从所述量子力学振荡器移除能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.27 US 62/126,1301.一种操作电路量子电动力学系统的方法，所述电路量子电动力学系统包括分散地耦接至量子力学振荡器的物理量子比特，所述方法包括：基于所述量子力学振荡器的数态向所述物理量子比特施加第一电磁脉冲，其中，所述第一电磁脉冲引起所述量子力学振荡器的状态的变化；以及在施加所述第一电磁脉冲之后，向所述量子力学振荡器施加第二电磁脉冲，以相干地向所述量子力学振荡器添加能量或者从所述量子力学振荡器移除能量。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在施加所述第一电磁脉冲之前，将所述物理量子比特驱动成基态；以及在施加所述第一电磁脉冲之后，将所述物理量子比特驱动成基态。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过基于所述量子力学振荡器的数态向所述物理量子比特施加第三电磁脉冲来测量所述量子力学振荡器的奇偶性。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过向所述物理量子比特施加第四电磁脉冲来测量所述量子力学振荡器的数态。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电磁脉冲的频率基于所述量子力学振荡器的数态。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电磁脉冲的幅度小于所述物理量子比特与所述量子力学振荡器之间的分散耦接的幅度。7.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述第一电磁脉冲引起的所述量子力学振荡器的状态的变化是所述量子力学振荡器的一个或更多个Fock态分量的量子相位变化。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述量子力学振荡器中的每个光子的量子比特频移大于量子比特跃迁线宽。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电磁脉冲包括第一频率分量，并且其中，所述量子力学振荡器在与所述第一频率不同的第二频率处谐振。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二电磁脉冲的频率是所述量子力学振荡器的谐振频率。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二电磁脉冲至少部分地基于所述第一电磁脉冲。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理量子比特包...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖尼尔·黑雷斯，布赖恩·弗拉斯塔基斯，维克托·阿尔贝特，斯特凡·克拉斯塔诺夫，蒋良，罗伯特·J·舍尔科普夫三世，
申请(专利权)人：耶鲁大学，
类型：发明
国别省市：美国,US