具有模块化和动态脉冲生成和路由的量子控制器制造技术

一种量子控制器包括原始脉冲生成电路、脉冲修改电路、以及输出管理电路。原始脉冲生成电路可操作以生成原始输出脉冲。输出管理电路可操作以基于一个或多个输出脉冲将被发送至量子处理器的多个元件中的哪一个或多个元件而将一个或多个输出脉冲路由至已选择的一个或多个信号路径上。脉冲修改电路可操作以选择用于处理原始输出脉冲的脉冲修改设置，其中，该选择基于选择了哪些信号路径和/或脉冲将被发送至量子处理器的哪些元件而做出。脉冲修改电路可操作以使用所选择的脉冲修改设置对原始脉冲进行处理，以生成输出脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有模块化和动态脉冲生成和路由的量子控制器
本申请的各方面涉及一种量子计算机控制系统。更具体地，涉及用于具有动态脉冲路由的量子控制器的方法和系统。
技术介绍
通过将量子计算机控制系统的常规解决方案与在本公开的剩余部分中参考附图阐述的本方法和系统的一些方面进行比较，量子计算机控制系统的该常规解决方案的局限性与缺点将变得对本领域技术人员显而易见。
技术实现思路
提供了用于具有模块化和动态脉冲生成和路由的量子控制器的方法和系统，如权利要求中更为完整地阐述的，基本上通过至少一个图示出和/或结合至少一个附图所描述。附图说明图1A和图1B对传统(二进制)计算和量子计算的一些方面进行比较。图2示出了示例性的量子计算系统。图3A示出了根据本公开的各种示例性实现方式的示例性量子控制器架构。图3B示出了图3A中的量子控制器电路的示例性实现方式。图4示出了图3B中的脉冲发生器的示例性实现方式。图5示出了图3B中的脉冲操作管理器和脉冲操作电路的示例性实现方式。图6是示出根据本公开的示例性实现方式的量子控制器的示例性操作的流程图。具体实施方式传统的计算机通过存储二进制数字(“比特”)形式的信息并且经由二进制逻辑门处理这些比特而进行操作。在任意给定的时间，每个比特仅采用两个离散值中的一个：0(或“关”)和1(或“开”)。由二进制逻辑门所执行的逻辑运算通过布尔代数定义并且电路行为通过经典物理学控制。在当代的经典系统中，用于存储比特并且实现逻辑运算的电路通常由可以承载表示0和1比特的两个不同电压的导线与执行布尔逻辑运算的基于晶体管的逻辑门组成。图1A中所示的是被配置为比特102并且将单一逻辑运算104应用于比特102的传统计算机的简单示例。在时间t0，比特102处于第一状态，在时间t1，对比特102应用逻辑运算104，并且在时间t2，比特102处于由时间t0的状态和逻辑运算确定的第二状态。因此，例如，比特102通常可以存储为应用于逻辑运算104(包括一个或多个晶体管)的输入的电压(例如，对于“1”是1Vdc，或者对于“0”是0Vdc)。然后，根据所执行的逻辑运算，逻辑门的输出为1Vdc或0Vdc。显而易见，具有单一比特和单一逻辑门的传统计算机的使用受限，这就是为什么即使计算能力不大的当代传统计算机也包含数十亿比特和晶体管的原因。即，能够解决不断增加的复杂问题的传统计算机不可避免地需要不断增加的大量比特和晶体管和/或不断增加的大量时间来执行算法。然而，存在一些需要非常大量的晶体管和/或非常大量的时间来获得解决方案的问题。这些问题被称为棘手的问题。量子计算机通过以量子比特(“量子位”)的形式来存储信息并且经由量子门处理这些量子位而进行操作。不同于在任意给定时间仅能处于一种状态(0或1)的比特，量子位可以同时处于两种状态的叠加。更精确地，量子比特是这样一个系统：其状态存活于二维希尔伯特空间并且因此被描述为线性组合α|0>+β|1>，其中，|0>和|1>是两个基态，并且α和β是复数，通常被称为概率振幅，其满足|α|2+|β|2＝1。使用该符号，当测量了量子位时，其将是具有概率|α|2的0和具有概率|β|2的1。|0>和|1>还能够分别由二维基向量和表示，并然后量子位状态由表示。由量子门执行的运算通过希尔伯特空间的线性代数定义并且电路行为通过量子物理学控制。量子位的数学行为以及关于其运算的这种极其丰富性，使得量子计算机能够比传统计算机更快地解决一些问题(事实上，对于传统计算机而言难以解决的一些问题对于量子计算机可能变得微不足道)。图1B中所示的是被配置为存储量子位122并且将单一量子门运算124应用于量子位122的量子计算机的简单示例。在时间t0，量子位122由α1|0>+β1|1>描述，在时间t1，对量子位122应用逻辑运算104，并且在时间t2，量子位122由α2|0>+β2|1>描述。不同于传统的比特，量子位不能存储为导线上的单一电压值。而是，量子位是使用二级量子力学系统物理地实现的。近年来已经提出并且开发了量子位的许多物理实现方式，其中一些实现方式比另一些更有希望。一些领先的量子位实现方式的示例包括超导电路、自旋量子位、以及陷俘离子。量子控制器的工作是生成一系列精确的外部信号，该外部信号通常是电磁波的脉冲和基带电压的脉冲，以执行所需的逻辑运算(并且由此执行所需的量子算法)。在下面对量子控制器的示例性实现方式进行了进一步详细地描述。图2示出了示例性的量子计算系统。该系统包括量子编程子系统202、量子控制器210、以及量子处理器218。量子编程子系统202包括可操作以生成量子算法描述206的电路，量子控制器210能够执行该量子算法描述以在量子处理器218上执行量子算法(即，生成必要的出站量子脉冲213)，其中在该算法的运行时期间人类很少干预或无人为干预。在示例性的实现方式中，量子编程系统202是其上安装有量子控制器软件开发套件(SDK)的个人计算机，该SDK使用户能够使用编程语言生成量子算法描述206。在示例性的实现方式中，编程语言可以是低级语言，该低级语言几乎不从由量子控制器210的指定硬件所使用的指令集抽象化或毫无抽象化。在不需要编译器或解释器的情况下，这样的指令可以被转换成量子控制器210的机器码。在示例性的实现方式中，该编程语言可以是高级语言，高级语言从量子控制器210的特定硬件更加地抽象化。这样的指令可以在它们能够于量子控制器210上运行之前被编译成机器码。在示例性的实现方式中，描述206可以是量子算法的机器码描述。在示例性的实现方式中，描述206可以是量子控制器210自身可以编译成机器码的高级描述。在示例性的实现方式中，描述206可以是量子控制器210在运行时期间可以解释成机器码的高级描述。在示例性的实现方式中，操作系统或其他软件层可以在量子控制器210上运行并且量子算法描述206可以是利用量子控制器210上运行的软件的应用编程接口(API)的软件指令。量子编程子系统202经由互连204耦接至量子控制器210，例如，互连204可以利用通用串行总线(USB)、外围部件互连(PCIe)总线、有线或无线以太网、或任意其他合适的通信协议。量子控制器210包括可操作以加载量子算法描述206并且然后根据量子算法描述206执行量子算法的电路。在示例性的实现方式中，量子算法描述206是被加载到量子控制器210中的机器码(即，表示量子控制器的硬件能够直接解释并运行的指令的一系列二进制向量)。然后，量子控制器210对机器码的执行使得量子控制器210生成与要在量子处理器218上执行的所需操作对应的必要出站脉冲213(例如，发送至用于操纵量子位的状态的量子位或发送至用于读取量子位的状态的读出谐振器等)。根据待执行的量子算法，用于执行算法的出站脉冲213可以在设计时间预先确定和/或可能需要在运行时期间确定。脉冲的运行时确定可以包括在算法的运行时期间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n量子控制器，包括原始脉冲生成电路、脉冲修改电路、以及输出管理电路，其中：/n所述原始脉冲生成电路可操作以生成原始脉冲；/n所述输出管理电路可操作以基于一个或多个输出脉冲将被发送至量子处理器的多个元件中的哪一个或多个元件而将所述一个或多个输出脉冲路由至多个信号路径中已选择的一个或多个信号路径上；并且/n所述脉冲修改电路可操作以：/n选择用于处理所述原始脉冲的一个或多个脉冲修改设置，其中，该选择基于：/n所述多个信号路径中的哪些是已选择的所述一个或多个信号路径；和/或/n所述一个或多个输出脉冲将被发送至所述量子处理器的所述多个元件中的哪一个或多个元件；并且/n使用所选择的一个或多个脉冲修改设置对所述原始脉冲进行处理，以生成所述一个或多个输出脉冲。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181126 US 16/199,981;20190625 US 16/451,6831.一种系统，包括：
量子控制器，包括原始脉冲生成电路、脉冲修改电路、以及输出管理电路，其中：
所述原始脉冲生成电路可操作以生成原始脉冲；
所述输出管理电路可操作以基于一个或多个输出脉冲将被发送至量子处理器的多个元件中的哪一个或多个元件而将所述一个或多个输出脉冲路由至多个信号路径中已选择的一个或多个信号路径上；并且
所述脉冲修改电路可操作以：
选择用于处理所述原始脉冲的一个或多个脉冲修改设置，其中，该选择基于：
所述多个信号路径中的哪些是已选择的所述一个或多个信号路径；和/或
所述一个或多个输出脉冲将被发送至所述量子处理器的所述多个元件中的哪一个或多个元件；并且
使用所选择的一个或多个脉冲修改设置对所述原始脉冲进行处理，以生成所述一个或多个输出脉冲。


2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述一个或多个输出脉冲包括使用所述一个或多个脉冲修改设置中的第一脉冲修改设置而生成的第一输出脉冲；
所述一个或多个脉冲修改设置中的所述第一脉冲修改设置基于所述一个或多个信号路径中所述第一输出脉冲将被发射至的第一信号路径而选择；
一个或多个输出量子脉冲包括使用所述一个或多个脉冲修改设置中的第二脉冲修改设置而生成的第二输出脉冲；并且
所述一个或多个脉冲修改设置中的所述第二脉冲修改设置基于所述一个或多个信号路径中第二输出量子脉冲将被发射至的第二信号路径而选择。


3.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述一个或多个输出脉冲包括经由所述一个或多个脉冲修改设置中的第一脉冲修改设置而生成的第一输出脉冲；
所述一个或多个脉冲修改设置中的所述第一脉冲修改设置基于所述量子处理器的所述多个元件中所述第一输出脉冲将被发射至的第一元件的特性而选择；
所述一个或多个输出脉冲包括经由所述一个或多个脉冲修改设置中的第二脉冲修改设置而生成的第二输出脉冲；并且
所述一个或多个脉冲修改设置中的所述第二脉冲修改设置基于所述量子处理器的所述多个元件中所述第二输出脉冲将被发射至的第二元件的特性而选择。


4.根据权利要求1所述的系统，其中，使用所述一个或多个脉冲修改设置对所述原始脉冲的处理导致在与所述原始脉冲不同的载波频率上的输出脉冲。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，使用所述一个或多个脉冲修改设置对所述原始脉冲的处理导致所述一个或多个输出脉冲的参考帧相对于所述原始脉冲的参考帧旋转。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，使用所述一个或多个脉冲修改设置对所述原始脉冲的处理调整了所述原始脉冲的相位、频率、振幅、和/或形状，以补偿由已选择的所述一个或多个信号路径引入的误差。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，对用于处理所述原始脉冲的一个或多个脉冲修改设置的选择基于从所述原始脉冲生成电路至所述脉冲修改电路的信号。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，对所述一个或多个输出脉冲的路由基于从所述原始脉冲生成电路至所述输出管理电路的信号。


9.根据权利要求1所述的系统，包括输入管理电路，其中，所述输入管理电路可操作以：
从多个量子元件接收量子元件读出信号；并且
将每个所述量子元件读出信号路由至所述原始脉冲生成电路的多个输入中的一个或多个输入，其中，所述一个或多个输入由所述量子控制器在执行量子计算算法的指令的过程中动态地确定。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述脉冲修改电路：
可操作以存储多个脉冲修改设置；并且
能够动态配置以使得在所述量子控制器执行量子计算算法的指令的过程中，能够选择将所述多个脉冲修改设置中的哪个脉冲修改设置应用于所述原始脉冲。


11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述多个脉冲修改设置中的每个脉冲修改设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：约纳坦·科亨，尼西姆·欧费克，伊塔马尔·西旺，
申请(专利权)人：量子机械公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL