具有模块化和动态脉冲生成和路由的量子控制器中的同步制造技术

一种量子控制器，包括第一量子控制脉冲生成电路和第二量子控制脉冲生成电路。第一量子控制脉冲生成电路和第二量子控制脉冲生成电路可操作为在量子算法的某一时间间隔期间异步地操作并且在量子算法的其他时间间隔期间同步地操作。同步地操作。同步地操作。

【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中的同步


[0001]本申请的各方面涉及一种量子计算机控制系统。更具体地，涉及用于在具有动态脉冲路由的量子控制器中进行同步的方法和系统。

技术介绍

[0002]通过该解决方案与参考附图在本公开的其余部分中所阐述的本方法和系统的一些方面的比较，量子计算机控制系统的常规解决方案的局限性和缺陷对本领域技术人员变得显而易见。

技术实现思路

[0003]如通过至少一个图充分示出和/或结合至少一个图充分描述的，如权利要求中更为完整地阐述的，提供用于在具有模块化和动态脉冲生成和路由的量子控制器中进行同步的方法和系统。
附图说明
[0004]图1A和图1B对典型的(二进制)计算和量子计算的一些方面进行比较。
[0005]图2示出了示例性的量子计算系统。
[0006]图3A示出了根据本公开的各个示例性实现方式的示例性量子控制器架构。
[0007]图3B示出了图3A中的量子控制器电路的示例性实现方式。
[0008]图3C示出了图3B中的同步管理器电路的示例性实现方式。
[0009]图3D示出了每个脉冲发生器包括用于脉冲发生器同步的寄存器的示例性实现方式。
[0010]图4A示出了图3B中的脉冲发生器的示例性实现方式。
[0011]图4B和图4C示出了由脉冲发生器3021执行的示例性指令。
[0012]图5A和图5B示出了由图3A中的量子控制器执行的示例性操作。
[0013]图6A至图7C示出了图3A中的量子控制器的示例性实现方式的同步。
具体实施方式
[0014]典型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操作。在任意给定的时间，每个比特仅占用两个离散值中的一个：0(或“关闭”)和1(或“开启”)。通过布尔代数定义由二进制逻辑门执行的逻辑运算并且通过典型的物理学管理电路行为。在现代典型的系统中，用于存储比特并且实现逻辑运算的电路通常由承载两个不同电压(表示0和1比特)的电线和执行布尔逻辑运算的基于晶体管的逻辑门组成。
[0015]图1A中所示的是被配置成比特102并且对比特102应用单一逻辑运算104的典型计算机的简单实施例。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处于通过时间t0的状态和逻辑运算所确定的第二状态。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”，为1Vdc，或者对于“0”，为0Vdc)。根据所执行的逻辑运算，逻辑门的输出则为1Vdc或0Vdc。
[0016]显而易见，具有单一比特和单一逻辑门的典型计算机的使用有限，这是为什么甚至具有适度计算能力的现代典型计算机包含数十亿比特和晶体管的原因。即，能够解决日益复杂的问题的典型计算机不可避免地需要日益增加的大量比特和晶体管和/或日益增加的大量时间来执行算法。然而，存在需要非常大量的晶体管和/或非常大量的时间来满足解决方案的一些问题。将该问题成为难处理的。
[0017]量子计算机通过存储量子比特(“量子位”)形式的信息并且经由量子门处理这些量子位而操作。不同于在任意给定的时间仅能够处于一种状态(0或1)的比特，量子位能够同时处于两种状态的叠加。更精确地，量子比特是其状态处于二维希尔伯特(Hilbert)空间中的系统并且因此被描述为线性组合α|0>+β|1>，其中，|0>和|1>是两个基础状态，并且α和β是复数，通常被称为概率幅度，即，满足|α|2+|β|2＝1。使用该表示法，当测量量子位时，其将是概率为|α|2的0并且概率为|β|2的1。|0>和|1>还能够分别由二维基向量和表示，并且因此，量子位状态由表示。通过希尔伯特空间中的线性代数定义由量子门执行的运算并且通过量子物理学管理电路行为。量子位的数学行为及其上的运算的这种额外丰富性能够使得量子计算机比典型的计算机更快的解决一些问题(事实上，对于典型计算机难处理的一些问题，对于量子计算机可能变得微不足道)。
[0018]图1B中所示的是被配置为存储量子位122并且对量子位122应用单一量子门运算124的量子计算机的简单实施例。在时间t0，通过α1|0>+β1|1>描述量子位122，在时间t1，对量子位122应用逻辑门运算124，并且在时间t2，通过α2|0>+β2|1>描述量子位122。
[0019]不同于典型的比特，不能将量子位存储为导线上的单个电压值。而是，使用二级量子力学系统物理地实现量子位。近年来已经提议并且开发了量子位的许多物理实现方式，且其中的一些实现方式比其他的更有希望。前沿性的量子位实现方式的一些实施例包括超导电路、自旋量子位、以及俘获离子。
[0020]量子控制器的工作是生成一系列精确的外部信号，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(并且由此完成所需的量子算法)。下面对量子控制器的示例性实现方式进行进一步详细地描述。
[0021]图2示出了示例性的量子计算系统。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。
[0022]量子编程子系统202包括可操作为生成量子算法描述206的电路，量子控制器210能够在算法的运行期间过程中人类很少干预或无人为干预的情况下执行量子算法描述206，以对量子处理器218执行量子算法(即，生成必要的出站量子脉冲213)。在示例性的实现方式中，量子编程子系统202是其上安装有能够使得用户使用编程语言生成量子算法描述206的量子控制器软件开发套件(SDK)的个人计算机。在示例性的实现方式中，编程语言可以是低级语言，即，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，可以将该指令转换成量子控制器210的机器代码。在示例性的实现方式中，编程语言可以是高级语言，即，从量子控制器210的具体硬件更加地抽象化。在量子控制器210上运行其之前，可以将该指令编译成机器代码。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可以是高级描述，即，量子控制器210自身可以编译成机器码。在示例性的实现方式中，描述206可以是高级描述，即，在运行时间过程中，量子控制器210可以解释成机器码。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。
[0023]量子编程子系统202经由互连204耦合至量子控制器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。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：量子控制器，包括同步电路和多个量子控制脉冲生成电路，其中：所述同步电路能操作为：确定一个周期内周期性地发生的并网时间序列在所确定的概率上大于所述多个量子控制脉冲生成电路中的第一量子控制脉冲生成电路和第二量子控制脉冲生成电路的同步信号传播时间的不确定性；所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第一量子控制脉冲生成电路能操作为：在执行第一指令组的过程中确定在由所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第二量子控制脉冲生成电路执行第二指令组的同时，所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第一量子控制脉冲生成电路接着执行第三指令组；在所述第一指令组的执行完成时，等待所述并网时间中的下一个并网时间；在所述并网时间中的所述下一个并网时间到达时，执行同步程序，所述同步程序包括：生成指示所述量子控制脉冲生成电路中的所述第一量子控制脉冲生成电路已经开始所述同步程序的同步信号；在等待时段之后，检查所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第二量子控制脉冲生成电路是否处于所述同步程序，其中，所述等待时段在所确定的概率上大于所述同步信号传播时间；如果检查显示所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第二量子控制脉冲生成电路处于所述同步程序，则在随后的确定时间开始执行所述第三指令组；并且如果检查显示所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第二量子控制脉冲生成电路不处于所述同步程序，则在与所述并网时间的时段相等的时段之后再次检查所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第二量子控制脉冲生成电路是否处于所述同步程序。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述量子控制器包括时钟电路。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述并网时间的所述时段是所述时钟电路的一个周期。4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述并网时间的所述时段是所述时钟电路的多个周期。5.根据权利要求2所述的系统，其中，将与所述并网时间的所述时段对应的所述时钟电路的多个周期存储在所述同步电路的网格步进寄存器中。6.根据权利要求5所述的系统，其中：所述多个量子控制脉冲生成电路包括至少三个量子控制脉冲生成电路；并且所述同步电路能操作为基于以下内容调整存储在所述网格步进寄存器中的所述并网时间的所述时段，即，基于所述至少三个量子控制脉冲生成电路中的两个是所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第一量子控制脉冲生成电路和所述第二量子控制脉冲生成电路。7.根据权利要求1所述的系统，其中：所述多个量子控制脉冲生成电路包括至少三个量子控制脉冲生成电路；并且所述同步电路能操作为基于以下内容调整所述等待时段，即，基于所述至少三个量子控制脉冲生成电路中的两个是所述多个量子控制脉冲生成电路中的所述第一量子控制脉冲生成电路和所述第二量子控制脉冲生成电...

【专利技术属性】
技术研发人员：约纳坦，
申请(专利权)人：量子机械公司，
类型：发明
国别省市：