核磁共振同核三比特赝纯态制备方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法及系统，在方案中，尽量减小零阶相干项的产生，有一半的零阶相干项都可以被削弱，并在梯度场之前将较大的零阶相干项转变为非零阶相干项。这样，在很好的近似下，梯度场就可以将核磁量子态中除了赝纯态外的所有相干项去除。而且，在同核三比特系统中，只需要一个梯度场，就可以制备出一个高理论保真度的赝纯态。

【技术实现步骤摘要】
核磁共振同核三比特赝纯态制备方法及系统
本专利技术涉及量子计算机
，特别涉及一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法及系统。
技术介绍
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如下方法：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，对于三比特情形，需要先后共运行实验六次，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(三比特情形，需要三次梯度场)，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。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是提出一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法及系统，可以尽量减小零阶相干项的产生，提升赝纯态的保真度。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是，提供一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法，包括以下步骤：利用射频脉冲，从热平衡态构造|001>与|011>之间、|010>与|110>之间、|100>与|101>之间的一阶相干项，并将他们对应的对角元都减小到零，所用到的幺正操作是Λ1、Λ2、Λ3分别是|001>与|011>、|010>与|110>、|100>与|101>的跃迁算符：Λ1＝|001><011|+|011><001|，Λ2＝|010><110|+|110><1010|，Λ3＝|100><101|+|101><100|；利用幺正操作将热平衡态偏移密度矩阵中|111>上的投影几率(-1.5)部分转移到|011>，|101>与|110>态上，所用到的幺正操作是U2＝exp(-i*α*(Λ4+Λ5+Λ6))，这里α□0.2174π，Λ4、Λ5、Λ6分别是|111>与|011>、|111>与|101>、|111>与|110>态之间的跃迁算符：Λ4＝|111><011|+|011><111|，Λ5＝|111><101|+|101><111|，Λ6＝|111><110|+|110><111|；通过幺正操作，将ρ4,4、ρ6,6、ρ7,7投影概率的一半转移到ρ2,2、ρ3,3、ρ5,5；所用到的幺正操作是U3＝exp(-i*β*(Λ1+Λ2+Λ3))，这里β□0.5789π；进行基矢调换，将|001>，|010>，|100>空间中的基矢与其他子空间中的基矢进行调换，使得该空间中的零阶相干项变为非零阶相干项；施加梯度场。其中，所述进行基矢调换，将|001>，|010>，|100>空间中的基矢与其他子空间中的基矢进行调换，使得该空间中的零阶相干项变为非零阶相干项的步骤包括：使用幺正操作U4将|001>与|011>对换、将|000>与|010>对换，将|001>与|011>对换，使得零阶相干项ρ2,3,ρ2,5与一阶相干项ρ4,3,ρ4,5进行对换，将|000>与|010>对换，进一步将ρ2,3、ρ3,5与为零的ρ2,1、ρ1,5交换，这样，十二个零阶相干项为零或近似为零。其中，在施加梯度场之后，量子态偏移密度矩阵的对角元被保留，ρ1,1、ρ2,2、ρ4,4、ρ5,5、ρ6,6、ρ7,7、ρ8,8均约为-1.5/7，ρ3,3为1.5；非对角元的非零阶相干项被消除，此为对应于|010>的赝纯态。其中，所述方法还包括：将密度矩阵改写为赝纯态密度矩阵ρpps＝(ρ+I*1.5/7)/(1.5+1.5/7)；若要得到|000>态赝纯态，则施加第二个核的180°旋转脉冲。其中，所述方法还包括：计算赝纯态的理论保真度，计算公式为这里ρth是一个纯态密度矩阵，只有一个对角元为1，其他所有的矩阵元均为零。其中，所述多比特为三比特。本专利技术还提出一种核磁共振同核多比特赝纯态制备系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上的核磁共振同核多比特赝纯态制备程序，所述核磁共振同核多比特赝纯态制备程序被处理器运行时执行如上所述的方法的步骤。本专利技术提供的一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法及系统，在方案中，尽量减小零阶相干项的产生，有一半的零阶相干项都可以被削弱，并在梯度场之前将较大的零阶相干项转变为非零阶相干项。这样，在很好的近似下，梯度场就可以将核磁量子态中除了赝纯态外的所有相干项去除。而且，在同核三比特系统中，只需要一个梯度场，就可以制备出一个高理论保真度的赝纯态。附图说明图1为本专利技术核磁共振同核多比特赝纯态制备线路图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。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。本专利技术提供一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法，包括以下步骤：步骤S1，利用射频脉冲，从热平衡态构造|001>与|011>之间、|010>与|110>之间、|100>与|101>之间的一阶相干项，并将他们对应的对角元都减小到零，所用到的幺正操作是Λ1、Λ2、Λ3分别是|001>与|011>、|010>与|110>、|100>与|101>的跃迁算符：Λ1＝|001><011|+|011><001|，Λ2＝|010><110|+|110><010|，Λ3＝|100><101|+|101><100|；步骤S2，利用幺正操作将|111>上的投影几率(-1.5)部分转移到|011>，|101>与|110>态上，所用到的幺正操作是U2＝exp(-i*α*(Λ4+Λ5+Λ6))，这里α本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n利用射频脉冲，从热平衡态构造|001>与|011>之间、|010>与|110>之间、|100>与|101>之间的一阶相干项，并将他们对应的对角元都减小到零，所用到的幺正操作是

【技术特征摘要】
1.一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用射频脉冲，从热平衡态构造|001>与|011>之间、|010>与|110>之间、|100>与|101>之间的一阶相干项，并将他们对应的对角元都减小到零，所用到的幺正操作是Λ1、Λ2、Λ3分别是|001>与|011>、|010>与|110>、|100>与|101>的跃迁算符：Λ1＝|001><011|+|011><001|，Λ2＝|010><110|+|110><010|，Λ3＝|100><101|+|101><100|；
利用幺正操作将热平衡态偏移密度矩阵中|111>上的投影几率(-1.5)部分转移到|011>，|101>与|110>态上，所用到的幺正操作是U2＝exp(-i*α*(Λ4+Λ5+Λ6))，这里α0.2174π，Λ4、Λ5、Λ6分别是|111>与|011>、|111>与|101>、|111>与|110>态之间的跃迁算符：Λ4＝|111><011|+|011><111|，Λ5＝|111><101|+|101><111|，Λ6＝|111><110|+|110><111|；
通过幺正操作，将ρ4,4、ρ6,6、ρ7,7投影概率的一半转移到ρ2,2、ρ3,3、ρ5,5；所用到的幺正操作是U3＝exp(-i*β*(Λ1+Λ2+Λ3))，这里β0.5789π；
进行基矢调换，将|001>，|010>，|100>空间中的基矢与其他子空间中的基矢进行调换，使得该空间中的零阶相干项变为非零阶相干项；
施加梯度场。


2.根据权利要求1所述的核磁共振同核多比特赝纯态制备方法，其特征在于...

【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