经由测量的鲁棒马约拉纳神奇门制造技术

所公开的技术的实施例涉及一种用于在量子计算设备中实现π/8相位门的方法。在某些实施例中，量子电路使用混合测量方案被从初始态向目标态演化。混合测量方案可以包括向量子电路应用一个或多个测量，该一个或多个测量朝向目标态投影量子电路；以及应用一种或多种绝热或者非绝热技术，该一种或多种绝热或者非绝热技术朝向目标态绝热地演化量子电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经由测量的鲁棒马约拉纳神奇门
技术介绍
本申请涉及量子计算设备，并且更具体地，涉及被实现在拓扑保护系统中的π/8相位门。
技术实现思路
π/8相位门(神奇门)是用于增强基于马约拉纳(Majorana)零模式以实现完全量子普遍性的拓扑系统的理想组件。本文公开了基于投影测量和量子演化(例如，非绝热演化)的组合的方案的示例实施例，量子演化当在基于马约拉纳的系统中实现相位门时有效地消除平滑控制误差。基于绝热演化的先前方案容易受到由通常存在于拓扑无保护门中的小而有限的动态相位引起的问题的影响。仅测量的方式消除了动态相位。然而，针对不受保护的门，强制测量方案不再有效，这导致在仅测量实施方式中获得正确连续的测量结果的成功概率低。在本公开中，示出了如何获得可行的基于测量的方案，该方案通过相对于在测量之间的相移子空间，非绝热地演化系统来显著地增加成功概率。在一些实施例中，被配置为在量子计算设备中实现π/8相位门的量子电路的量子态使用混合测量方案被从初始态向目标态改变。在所示的实施例中，混合测量方案包括：向量子态应用一个或多个测量，该一个或多个测量朝向目标态投影量子态；以及应用一种或多种绝热或者非绝热技术，该一种或多种绝热或者非绝热技术朝向目标态演化量子态。在某些实施方式中，量子计算设备是拓扑保护量子计算设备。在一些实施方式中，混合测量方案降低时序噪声、慢参数噪声、动态相位噪声和/或并行耗散。在某些实施方式中，量子态的一个或多个测量被应用在以下任一项的应用之间：(a)非绝热技术中的两种非绝热技术；或者(b)绝热技术中的两种绝热技术。在一些实施方式中，量子态的一个或多个测量的应用包括量子电路的通用几何解耦。例如，通用几何解耦可以通过向量子电路应用连续投影算子而被执行。在一些示例中，连续投影算子被应用在几何解耦轨迹的转折点处，并且转折点使用切比雪夫(Chebyshev)多项式而被确定。在进一步的示例中，量子电路的通用几何解耦映射到跨单位球体的极点的多个参数扫描。以上公开的实施例中的任何实施例可以被实现为系统的一部分，该系统包括：量子计算设备，该量子计算设备包括量子电路；以及与量子计算设备通信并适于执行所公开的方法中的任何方法的经典计算设备。以上公开的实施例中的任何实施例也可以通过存储计算机可执行指令的一个或多个计算机可读介质而被实现，当计算机可执行指令由经典计算机执行时，使得经典计算机执行根据所公开的方法中的任何方法的控制量子计算设备的方法。从参照附图进行的以下具体实施方式，所公开的技术的前述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。附图说明图1(a)是示出了作为覆盖单位球体的八分圆的线的交换过程的可视化的示意性框图。图1(b)是示出了在理想Y连接系统中针对π/8门的序列的可视化的示意性框图。图2是图示了基于演化的几何解耦方案的示意性框图。图3(a)和图3(b)是图示了仅测量几何解耦方案的示意性框图。图4是图示了示例混合协议的可视化的示意性框图。图5示出了若干个示图，该多个示图图示了模拟结果，该模拟结果图示了所公开的技术的多个方面。图6图示了合适的经典计算环境的普遍化的示例，在经典计算环境中，所描述的实施例中的若干个实施例可以被实现。图7图示了用于实现根据所公开的技术的系统的可能的网络拓扑(例如，客户端-服务器网络)的示例。图8图示了用于实现根据所公开的技术的系统的可能的网络拓扑(例如，分布式计算环境)的另一示例。图9图示了用于实现所公开的技术的示例性系统。图10是示出了用于实现所公开的技术的实施例的普遍化的示例实施例的流程图。具体实施方式I.一般注意事项如在本申请中被使用的，单数形式“a”、“an”和“the”包括复数形式，除非上下文另有明确指示。附加地，术语“包括(includes)”意味着“包括(comprises)”。进一步地，术语“耦合”不排除在耦合项之间存在中间元素。进一步地，如本文所用，术语“和/或”是指该短语中的任何一项或任何项的组合。尽管一些所公开的方法的操作被以特定的、相继次序被描述以用于方便的呈现，但是应当理解，这种描述方式包括重新排列，除非下面阐述的特定语言要求特定的顺序。例如，被顺序地描述的操作在某些情况中可以被重布置或者同时执行。此外，为了简单起见，附图可能未示出所公开的系统、方法和装置可以与其他系统、方法和装置结合而被使用的各种方式。附加地，描述有时使用如“产生”和“提供”的术语以描述所公开的方法。这些术语是被执行的实际操作的高级抽象。与这些术语对应的实际操作将取决于特定实施方式而变化，并且很容易被本领域普通技术人员中的任一技术人员辨别。II.概述本文所公开的实施例是实现用于量子计算的π/8门(也被称为神奇门或T门)的新方式，其消除了限制其他方式的常见噪声源的问题。本文所公开的方案的实施例采用测量和量子演化的组合，其在下文中被称为混合测量方案(HMS)。高保真度π/8门是针对大多数通用量子计算提案的有价值的组成部分。HMS对于通用拓扑量子计算将会特别的重要。当前领先的方式使用马约拉纳零模式(MZMs)来实现高保真度克利福德(Clifford)门，但需要被通过π/8门被增补。虽然被称为神奇态蒸馏的过程可以将π/8门的误差减少到任意数量，但是它需要大量的物理量子位开销以及试验π/8态(由噪声的π/8门产生)。例如参见，S.BravyiandA.Y.Kitaev,Phys.Rev.A71,022316(2005),quant-ph/0403025。为蒸馏过程提供高质量的试验π/8态显著地降低了开销，并且针对拓扑量子计算的未来实现将具有显著的实际重要性。通过消除在基于马约拉纳的量子计算架构中的π/8门的主要噪声源，与今天已知的所有其他方式相比，HMS可以被预期显著地提高试验π/8态的质量。A.噪声源以下噪声源可以通过HMS的示例实施例被系统性地消除。时序噪声。量子位的有限能量分裂导致动态相位差随时间的累积。针对π/8门的大多数提案依赖于在某些时间间隔内对累积动态相位的微调，因此需要精确控制所应用的能量分裂的时间和幅值。校准错误。校准错误是系统的控制参数与它们的预期值的系统性和未知的偏移。慢参数噪声。即使校准错误可以通过对系统的广泛的基准测试和重调整而被避免，系统参数中的一些系统参数的时间依赖性变化，即使缓慢，也导致新的校准错误。残差动态相位噪声。初期的方式设法消除了上述的三种噪声源。例如参见，T.Karzig,Y.Oreg,G.Refael,andM.H.Freedman,Phys.Rev.X6,031019(2016),arXiv:1511.05161。对应的方案基于绝热地演化系统，并且被命名为通用几何解耦。这一方式的限制是，针对基于马约拉纳的系统，通常不可能贯穿实现π/8门的整个演化保持量子位的能量分裂为零。这导致小的残差动态相位。这种初期的方式旨在使用回声过程消除残差动态相位噪声。然而，时序噪声和耗散将限制回声的效力。...

【技术保护点】
1.一种用于在量子计算设备中实现π/8相位门的方法，包括：/n使用混合测量方案将被配置为在所述量子计算设备中实现所述π/8相位门的量子电路的量子态从初始态向目标态改变，所述混合测量方案包括：/n向所述量子态应用一个或多个测量，所述一个或多个测量朝向所述目标态投影所述量子态；以及/n应用一种或多种绝热或者非绝热技术，所述一种或多种绝热或者非绝热技术朝向所述目标态演化所述量子态。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181219 US 16/226,4461.一种用于在量子计算设备中实现π/8相位门的方法，包括：
使用混合测量方案将被配置为在所述量子计算设备中实现所述π/8相位门的量子电路的量子态从初始态向目标态改变，所述混合测量方案包括：
向所述量子态应用一个或多个测量，所述一个或多个测量朝向所述目标态投影所述量子态；以及
应用一种或多种绝热或者非绝热技术，所述一种或多种绝热或者非绝热技术朝向所述目标态演化所述量子态。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子计算设备是拓扑保护量子计算设备。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合测量方案降低时序噪声、慢参数噪声、动态相位噪声和/或并行耗散。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子态的所述一个或多个测量被应用在以下任一项的应用之间：(a)所述非绝热技术中的两种非绝热技术；或者(b)所述绝热技术中的两种绝热技术。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子态的所述一个或多个测量的所述应用包括所述量子电路的通用几何解耦。


6.根据权利要求5所述的方法，其中通用解耦包括向所述量子电路应用连续投影算子。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述连续投影算子被应用在几何解耦轨迹的转折点处，并且其中所述转折点使用切比雪夫多项式而被确定。


8.根据权利要求5所述的方法，其中所述量子电路的所述通用几何解耦映射到跨单位球体的极点的多个参数扫描。


9.一种系统，包括：
量子计算设备，包括量子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·卡基格，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US