一种单量子逻辑门操作的校准方法技术

本发明专利技术公开了属于量子计算领域，特别是一种单量子逻辑门操作的校准方法，所述校准方法包括：确定所述调制幅度信号为可调比例常数和第一数字信号的乘积；通过改变所述可调比例常数确定多个具有不同调制幅度信号的脉冲调制信号；获得与具有不同调制幅度信号的各所述脉冲调制信号一一对应的分布几率值；以所述可调比例常数为自变量，以所述分布几率值为因变量，进行波震荡指数衰减拟合，并根据拟合结果获得波震荡周期，记为标准周期；确定待校准的目标量子逻辑门操作，根据目标量子逻辑门操作的旋转角度和标准周期确定目标量子逻辑门操作对应的脉冲调制信号的可调比例常数的值。本发明专利技术能够实现对单量子逻辑门操作的校准。

A Calibration Method for Single Quantum Logic Gate Operation

The invention discloses a calibration method belonging to the field of quantum computation, in particular a single quantum logic gate operation. The calibration method includes: determining that the modulation amplitude signal is the product of an adjustable proportional constant and a first digital signal; determining multiple pulse modulation signals with different modulation amplitude signals by changing the adjustable proportional constant; obtaining and having different modulation amplitudes. Distribution probability values corresponding to each pulse modulation signal of the signal; fitting wave oscillation exponential attenuation with the adjustable proportional constant as independent variable and the distribution probability as dependent variable, and obtaining wave oscillation period as standard period according to the fitting results; determining the target quantum logic gate operation to be calibrated, according to the rotation angle of the target quantum logic gate operation The value of the adjustable proportional constant of the pulse modulation signal corresponding to the operation of the target quantum logic gate is determined with the standard period. The invention can realize the calibration of single quantum logic gate operation.

【技术实现步骤摘要】
一种单量子逻辑门操作的校准方法
本专利技术属于量子计算领域，特别是一种单量子逻辑门操作的校准方法。
技术介绍
量子计算在解决特定问题上具有远超经典计算机性能的发展潜力。为了实现量子计算机，需要获得一块包含有足够数量与足够质量量子比特的量子芯片，并且能够对量子比特进行极高保真度的量子逻辑门操作与读取，精准的量子逻辑门操作的调制脉冲信号是用来实现高保真度量子逻辑门操作的关键。量子逻辑门操作分为单量子逻辑门操作、两量子逻辑门及多量子逻辑门操作。由于所有的两量子逻辑门操作都能拆分为一组标准的单量子逻辑门操作的组合，同时所有的多量子逻辑门操作都能够拆分为单量子逻辑门操作以及两量子逻辑门操作的组合，因此对于每个量子比特而言，只需要对作用在该量子逻辑门操作上的少量的单量子逻辑门操作进行校准，即能够实现对所有量子逻辑门操作的校准。目前，并没有对单量子逻辑门操作进行校准的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单量子逻辑门操作的校准方法，以解决现有技术中的不足，它能够实现对单量子逻辑门操作的校准。本专利技术采用的技术方案如下：一种单量子逻辑门操作的校准方法，所述单量子逻辑门操作通过施加在量子比特上的脉冲调制信号实现，所述脉冲调制信号的调制幅度信号决定对应的单量子逻辑门操作的旋转角度；其中，所述校准方法包括：确定所述调制幅度信号为可调比例常数和第一数字信号的乘积；通过改变所述可调比例常数确定多个具有不同调制幅度信号的脉冲调制信号；分别读取具有不同调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上时导致的量子比特处于处于量子态|1>的分布几率，获得与具有不同调制幅度信号的各所述脉冲调制信号一一对应的分布几率值；以所述可调比例常数为自变量，以所述分布几率值为因变量，进行波震荡指数衰减拟合，并根据拟合结果获得波震荡周期，记为标准周期；确定待校准的目标量子逻辑门操作，根据目标量子逻辑门操作的旋转角度和标准周期确定目标量子逻辑门操作对应的脉冲调制信号的可调比例常数的值；其中：目标量子逻辑门操作对应的脉冲调制信号的可调比例常数的值＝(目标量子逻辑门操作的旋转角度/2π)*标准周期。如上所述的校准方法，其中，所述进行波震荡指数衰减拟合，具体包括：将所述分布几率值P1(k)和所述可调比例常数k进行如下式函数拟合其中：A和B为常数；k0为波震荡周期，根据拟合结果确定；T0为指数衰减常数，根据拟合结果确定；为设定的初始相位值。如上所述的校准方法，其中，在所述分别读取具有不同调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上导致量子比特处于处于量子态|1>的分布几率的过程中，量子比特的真实频率不变。如上所述的校准方法，其中，所述分别读取具有不同调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上导致量子比特处于处于量子态|1>的分布几率，具体包括：将具有第一调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上以实现对量子比特进行第一量子逻辑门操作，在所述第一量子逻辑门操作结束后，获得第一量子比特读取信号，并对第一量子比特读取信号进行解调分析，获得量子比特处于量子态|1>的分布几率P1(k1)，其中：k1为第一调制幅度信号的可调比例常数；将具有第二调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上以实现对量子比特进行第二量子逻辑门操作，在所述第二量子逻辑门操作结束后，获得第二量子比特读取信号，并对第二量子比特读取信号进行解调分析，获得量子比特处于量子态|1>的分布几率P1(k2)，其中：k2为第二调制幅度信号的可调比例常数；依次类推，直至将具有第N调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上以实现对量子比特进行第N量子逻辑门操作，在所述第N量子逻辑门操作结束后，获得第N量子比特读取信号，并对第N量子比特读取信号进行解调分析，获得量子比特处于量子态|1>的分布几率P1(kN)，其中：kN为第N调制幅度信号的可调比例常数；其中：k1、k2......kN为不同的数，N为大于等于5的正整数与现有技术相比，本专利技术采用调制幅度信号为可调比例常数和第一数字信号的乘积的脉冲调制信号，通过改变可调比例常数获得多个具有不同调制幅度信号的脉冲调制信号，分别读取具有不同调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上导致量子比特处于处于量子态|1>的分布几率，获得与具有不同调制幅度信号的各所述脉冲调制信号一一对应的分布几率值；以所述可调比例常数为自变量，以所述分布几率值为因变量，进行波震荡指数衰减拟合，并根据拟合结果获得波震荡周期，记为标准周期；确定待校准的目标量子逻辑门操作，根据目标量子逻辑门操作的旋转角度和标准周期确定目标量子逻辑门操作对应的脉冲调制信号的可调比例常数的值，进而实现了单量子逻辑门操作的校准。附图说明图1是本专利技术提供的单量子逻辑门操作的校准方法的流程示意图。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，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。量子逻辑门操作的作用是实现量子比特在量子态|0>与量子态|1>之间的相互转化，而叠加态的特性使得相互转化的过程变得复杂，但可以通过构建Bloch表象空间对量子逻辑门操作进行理解，在量子态的Bloch表象空间，将单比特的任意量子态表示为Bloch球表面的一点，而量子逻辑门操作即可视为从Bloch球表面一点到另一点的转化过程。球面上的相互转化通过旋转即可实现，事实上，转化过程可以归结为量子态以沿X轴、Y轴为旋转轴的一系列旋转操作的组合——这就是量子逻辑门操作的本质。量子逻辑门操作的物理实现方法为通过一个特定的操控通道，对量子比特施加一个调制脉冲信号其中：表示本振信号，本振信号的频率fRF也叫调制脉冲信号的载频，载频fRF需要精确地与量子比特的频率fq吻合，本振信号的相位也叫调制脉冲信号的相位，相位决定了对应的量子逻辑门操作的旋转轴方向，f(t)代表了调制脉冲信号的幅度，也叫调制幅度信号，f(t)起到决定对应的量子逻辑门操作的旋转角度θ的作用，其中：量子比特逻辑门操作U(θ)与调制脉冲信号的幅度f(t)具有如下的对应关系：其中：Ω表示调制脉冲信号与量子比特的耦合系数，h为普朗克常量。由以上分析可知，调制脉冲信号的载频fRF、调制脉冲信号的相位调制幅度信号f(t)能够唯一地确定一个量子逻辑门操作。假设调制脉冲信号的载频fRF为经校准之后的标准的频率，即载频fRF等于量子比特的固有频率，载频fRF的校准方法不属于本专利技术保护范围，在此不做详细描述。而针对调制脉冲信号的相位考虑到调制脉冲信号的相位决定了对应的量子逻辑门操作的旋转轴方向，而在Bloch球表象空间中，旋转轴的绝对相位方向没有意义，相反，旋转轴的相对相位才具有逻辑意义。因此，选定初始时刻的为某一个基准旋转轴相位方向，所有的量子逻辑门操作的旋转轴相位方向均只需要利用与的基准方向的差值，在基础上累加即可。综上，在本实施例中，若要实现当前脉冲信号进行校准，以实现目标单量子比特逻辑门，只需对调制幅度信号f(t)校准即可。在对调制脉冲信号的幅度的f(t)校准时，理论上，由于对某一量子逻辑门操作量子比特逻辑门操作U(θ)与调制脉冲信号的幅度f(t)具有如下的对应关系：当该量子量子逻辑门操作U(θ)需要校准时，意味着的值需要校准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单量子逻辑门操作的校准方法，所述单量子逻辑门操作通过施加在量子比特上的脉冲调制信号实现，所述脉冲调制信号的调制幅度信号决定对应的单量子逻辑门操作的旋转角度；其特征在于，所述校准方法包括：确定所述调制幅度信号为可调比例常数和第一数字信号的乘积；通过改变所述可调比例常数确定多个具有不同调制幅度信号的脉冲调制信号；分别读取具有不同调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上时导致的量子比特处于处于量子态|1>的分布几率，获得与具有不同调制幅度信号的各所述脉冲调制信号一一对应的分布几率值；以所述可调比例常数为自变量，以所述分布几率值为因变量，进行波震荡指数衰减拟合，并根据拟合结果获得波震荡周期，记为标准周期；确定待校准的目标量子逻辑门操作，根据目标量子逻辑门操作的旋转角度和标准周期确定目标量子逻辑门操作对应的脉冲调制信号的可调比例常数的值；其中：目标量子逻辑门操作对应的脉冲调制信号的可调比例常数的值＝(目标量子逻辑门操作的旋转角度/2π)*标准周期。

【技术特征摘要】
1.一种单量子逻辑门操作的校准方法，所述单量子逻辑门操作通过施加在量子比特上的脉冲调制信号实现，所述脉冲调制信号的调制幅度信号决定对应的单量子逻辑门操作的旋转角度；其特征在于，所述校准方法包括：确定所述调制幅度信号为可调比例常数和第一数字信号的乘积；通过改变所述可调比例常数确定多个具有不同调制幅度信号的脉冲调制信号；分别读取具有不同调制幅度信号的所述脉冲调制信号作用在量子比特上时导致的量子比特处于处于量子态|1>的分布几率，获得与具有不同调制幅度信号的各所述脉冲调制信号一一对应的分布几率值；以所述可调比例常数为自变量，以所述分布几率值为因变量，进行波震荡指数衰减拟合，并根据拟合结果获得波震荡周期，记为标准周期；确定待校准的目标量子逻辑门操作，根据目标量子逻辑门操作的旋转角度和标准周期确定目标量子逻辑门操作对应的脉冲调制信号的可调比例常数的值；其中：目标量子逻辑门操作对应的脉冲调制信号的可调比例常数的值＝(目标量子逻辑门操作的旋转角度/2π)*标准周期。2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述进行波震荡指数衰减拟合，具体包括：将所述分布几率值P1(k)和所述可调比例常数k进行如下式函数拟合其中：A和B为常数；k0为波震荡周期，根据拟合结果确定；T0为指数衰减常数，根据拟合结果确定；为设定的初始相位值。3.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，在所述分别读取具有不同调制幅度信号的所述脉冲调制信...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔伟成，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34