核磁共振量子计算同核赝纯态少量梯度场制备方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法及系统，结合几率传输和梯度场，将投影几率在各个角动量子空间中逐个传播；为了清零产生的零阶相干项，将通过基矢变换，使得所有非零的零阶相干项变为非零阶相干项，进而被梯度场消除；所用梯度场较少，对于N为奇数的系统，只需要

【技术实现步骤摘要】
核磁共振量子计算同核赝纯态少量梯度场制备方法及系统
本专利技术涉及量子计算机
，尤其涉及一种核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法及系统。
技术介绍
目前，核磁共振量子计算要求能够制备量子计算初始态—赝纯态。赝纯态的动力学表现、测量表现均与纯态相同。赝纯态制备是核磁共振量子计算所特有的一个步骤，地位与其他量子计算系统中的初始化相同。现有的赝纯态制备有时间平均法(PRA57,3348)、空间平均法(PNAS94,1634)、控制传输法(PRA82,032315)、弛豫法(PRA94,012312)、line-selective方法(ChemicalPhysicsLetters340,509)等。其中，时间平均法，对于N比特情形，需要先后共运行实验2N-1次，将实验结果加在一起，作为最后的实验结果，较费时，并需要谱仪具有较好的时间稳定性。空间平均法，需要多次使用脉冲梯度场，且制备赝纯态的效率较低(即最后的核磁共振信号较弱)。控制传输法，也是需要多次使用脉冲梯度场，比如三量子比特情形，需要使用五次梯度场。该方法使用梯度场较多，且怎样使用梯度场、需要多少个梯度场，对于N比特情形，并无一个解析表达式，需要数值模拟和优化。弛豫法是较好的方法，制备赝纯态效率高于其他方法，劣势是单次实验中，需要多次(上百次)循环同一脉冲序列，较费时，且脉冲循环次数、循环间隙等待时间均需在实际谱仪上优化。Line-selective方法只需要一次梯度场，但是不适用于同核核磁系统，原因在于，梯度场无法消除该方法中产生的零阶相干项，进而无法在同核系统中制备出赝纯态。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法及系统，以较少的梯度场数目，提升制备赝纯态效率。为实现上述目的，本专利技术提出一种核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法，包括以下步骤：按照静磁场方向自旋角动量数值来分，N比特有N+1个子空间，将|00...00>以外的子空间记为第1到第N个子空间，第N个子空间为|11...11>；将偏移密度矩阵中第1到N-1子空间的基矢态上的投影几率变为零；将第N个子空间的投影几率向第一对具有相反角动量的子空间传递，第一对具有相反角动量的子空间为第一个和第N-1个子空间；将上一步产生的不为零的零阶相干项用基矢变换加梯度场的方法变为零，梯度场后，需将基矢位置调换回原样，得到两个零阶相干项均为零的子空间；把上一步得到的两个零阶相干项均为零的子空间用作源，将投影几率从这一对子空间向第二对具有相反角动量的子空间传递；使用基矢变换和梯度场的方法将产生的零阶相干项清零，梯度场后，再将基矢位置调换回原样，依此方法依次将投影几率传递给角动量绝对值更小的子空间；使用一次梯度场将前面产生的非零阶相干项清为零。其中，所述将第1到N-1子空间的基矢态上的投影几率变为零的步骤包括：使用幺正操作其中，k是1到N-1子空间中，具有相反角动量的子空间的对数，当N为奇数时，当N为偶数时，nm为第m对子空间中，各自的基矢个数，为第m对子空间中，角动量为正的子空间中第i个基矢与角动量为负的子空间中的第i个基矢之间的跃迁算符。其中，所述将第N个子空间的投影几率向第一对具有相反角动量的子空间传递的步骤中，所需要的幺正操作记为这里Λj是|11...11>态和第一个、第N-1个子空间中所有基矢之间的跃迁算符，所以共有个。的选择和的选择和使用幺正操作后是否使用了梯度场有关，倘若使用了梯度场，第一个和第N-1个子空间中基矢的投影几率均为零，且相互之间没有相干项，则只由N大小决定；若没有使用梯度场，则还受两个子空间中相干项大小影响。其中，所述将上一步产生的不为零的零阶相干项变为零的方法就是基矢位置的调换结合梯度场，包括：将第一个子空间中的所有基矢(共N个)分别置换到|00...00>和第一到N-1个子空间，而第N-1个子空间的基矢分别置换到第一到第N个子空间中，这样第一个和第N-1个子空间中的零阶相干项完全变为了非零阶相干项，利用梯度场即可将其消除。本专利技术还提出一种核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备系统，所述系统的包括存储器和处理器，所述存储器上存储有核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备程序，所述核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备程序被处理器执行时实现如上所述的核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法的步骤。本专利技术实施例提出的核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法及系统，结合几率传输和梯度场，将投影几率在各个角动量子空间中逐个传播；为了清零产生的零阶相干项，将通过基矢变换，使得所有非零的零阶相干项变为非零阶相干项，进而被梯度场消除；所用梯度场较少，对于N为奇数的系统，只需要个梯度场，对于N为偶数的系统，需要个梯度场；制备赝纯态的效率可以达到不借助弛豫能达到的最大效率。因此，本专利技术方案需要的梯度场数目较小，且对于N比特情形，需要的梯度场数目可以给出解析表达式。附图说明图1为本专利技术核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法的流程示意图；图2为本专利技术方案中四比特(N＝4)情形，投影几率的传递路径图；图3为本专利技术方案中五比特(N＝5)情形，投影几率的传递路径图。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参照图1，本专利技术提出一种核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法，包括以下步骤：S0，按照静磁场方向自旋角动量数值来分，N比特有N+1个子空间，将|00...00>以外的子空间记为第1到第N个子空间，第N个子空间为|11...11>；S1，将偏移密度矩阵中第1到N-1子空间的基矢态上的投影几率变为零；S2，将第N个子空间的投影几率向第一对具有相反角动量的子空间传递，第N个子空间为|11...11>，第一对具有相反角动量的子空间为第一个和第N-1个子空间；S3，将上一步产生的不为零的零阶相干项用基矢变换加梯度场的方法变为零，梯度场后，需将基矢位置调换回原样，得到两个零阶相干项均为零的子空间；S4，把两个零阶相干项均为零的子空间用作源，将投影几率从第一个子空间向第二个子空间传递，从第N-1个子空间向第N-2个子空间传递；使用基矢变换和梯度场的方法将产生的零阶相干项清零，梯度场后，再将基矢位置调换回原样，依此方法依次将投影几率传递给角动量绝对值更小的子空间；S5，使用一次梯度场将前面产生的非零阶相干项清为零。其中，所述将第1到N-1子空间的基矢态上的投影几率变为零的步骤包括：使用幺正操作其中，k是1到N-1子空间中，具有相反角动量的子空间的对数，当N为奇数时，当N为偶数时，nm为第m对子空间中，各自的基矢个数，为第m对子空间中，角动量为正的子空间中第i个基矢与角动量为负的子空间中的第i本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n按照静磁场方向自旋角动量数值来分，N比特有N+1个子空间，将|00...00>以外的子空间记为第1到第N个子空间，第N个子空间为|11...11>；/n将偏移密度矩阵中第1到N-1子空间的基矢态上的投影几率变为零；/n将第N个子空间的投影几率向第一对具有相反角动量的子空间传递，第一对具有相反角动量的子空间为第一个和第N-1个子空间；/n将上一步产生的不为零的零阶相干项用基矢变换加梯度场的方法变为零，梯度场后，需将基矢位置调换回原样，得到两个零阶相干项均为零的子空间；/n把上一步得到的两个零阶相干项均为零的子空间用作源，将投影几率从这一对子空间向第二对具有相反角动量的子空间传递；使用基矢变换和梯度场的方法将产生的零阶相干项清零，梯度场后，再将基矢位置调换回原样，依此方法依次将投影几率传递给角动量绝对值更小的子空间；/n使用一次梯度场将前面产生的非零阶相干项清为零。/n

【技术特征摘要】
1.一种核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照静磁场方向自旋角动量数值来分，N比特有N+1个子空间，将|00...00>以外的子空间记为第1到第N个子空间，第N个子空间为|11...11>；
将偏移密度矩阵中第1到N-1子空间的基矢态上的投影几率变为零；
将第N个子空间的投影几率向第一对具有相反角动量的子空间传递，第一对具有相反角动量的子空间为第一个和第N-1个子空间；
将上一步产生的不为零的零阶相干项用基矢变换加梯度场的方法变为零，梯度场后，需将基矢位置调换回原样，得到两个零阶相干项均为零的子空间；
把上一步得到的两个零阶相干项均为零的子空间用作源，将投影几率从这一对子空间向第二对具有相反角动量的子空间传递；使用基矢变换和梯度场的方法将产生的零阶相干项清零，梯度场后，再将基矢位置调换回原样，依此方法依次将投影几率传递给角动量绝对值更小的子空间；
使用一次梯度场将前面产生的非零阶相干项清为零。


2.根据权利要求1所述的核磁共振量子计算同核系统赝纯态少量梯度场制备方法，其特征在于，所述将第1到N-1子空间的基矢态上的投影几率变为零的步骤包括：
使用幺正操作其中，k是1到N-1子空间中，具有相反角动量的子空间的对数，当N为奇数时，当N为偶数时，nm为第m对子空间中，各自的基矢个数，为第m对子空间中，角动量为正的子空间中第i个基矢与角动量为负的子空间中的第i个基矢之...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯冠儒，施巍，邹宏洋，项金根，
申请(专利权)人：深圳量旋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44