绝热量子计算的方法技术

提供了使用包括多个量子位的一种量子系统进行量子计算的方法。该系统能够在任何给定的时间处于至少两个配置中的任一个，这些配置包括的一个配置的特征为一种初始化哈米尔顿算子Ｈ↓［Ｏ］而一个配置的特征为一个问题哈米尔顿算子Ｈ↓［Ｐ］。该问题哈米尔顿算子Ｈ↓［Ｐ］具有一个终末状态。在这些量子位中的每个对应的第一量子位都是相对这些量子位中的一个对应的第二量子位来安排，这样它们限定一个预定的耦连强度。在该多个量子位中的这些量子位之间的预定耦连强度集体地限定一个求解的计算问题。在该方法中，该系统被初始化到Ｈ↓［Ｏ］并且然后它被绝热地改变直到该系统由该问题哈米尔顿算子Ｈ↓［Ｐ］的终末状态说明。然后通过探测σ↓［Ｘ］　Ｐａｕｌｉ矩阵算子的一个可观测项读出该系统的状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
提供了进行量子计算的装置和方法。这些系统和方法涉及使用 超导电路，更具体地说，涉及使用进行量子计算的装置。
技术介绍
图灵机是1936年由阿兰图灵描述的一种理论的计算系统。可 以有效地才莫拟任何其他图灵才几的一台图灵枳4皮称为通用图灵才几 (UTM)。丘奇-图灵理i仑说明任何实际的计算才莫型或是具有 一 个 UTM的等效运算能力或是具有其运算能力的一个子集。一台量子计算机是利用了一种或者多种量子效应进行计算的 任何物理系统。能够有效地才莫拟任何其他的量子计算才几的一台量子 计算机称为通用量子计算机(UQC)。1981年Richard P. Feynman提出可以使用量子计算才几比一台 UTM更加有效地求解某些计算问题，并且因此4侓翻丘奇-图灵理i仑。 参见 Fe附aw 兄 P ， Simulating Physics with Computers, International Journal of Theoretical Physics, Vol. 21 (1982) pp. 467-488。例如，指出可以使用 一 台量子计算才几才莫拟某些其他量子系统，允许比4吏用一个UTM所可能的指凄t级地更快i也计 算,皮^^莫拟的量子系统的某些特性。量子计算的途径设计和运行量子计算机有几种一般的途径。 一个这样的途径是 量子计算的电路模型。在该途径中，通过多个系列的逻辑门作用 在多个量子位，这些逻辑门被编辑为一种算法的表述。电路才莫型量 子计算机在实际实施上有几个严重的障碍。在该电路模型中，要求 在远长于单门时间的时间周期上使多个量子位保持相干。提出这一 要求是因为电路模型量子计算机要求的运行是被集合地称为量子 误差校正，以便能够运算。在没有电路模型量子计算机的这些量子 位能够在单门时间的1000倍l史量级的时间周期上保持量子相干的 条件下，量子误差校正就不能够进行。大量研究工作集中在开发量 子位，这些量子位具有足以形成电路模型量子计算机基本信息单元 的^目干'〖生。例3口参见Shor， P. W. Introduction to Quantum Algorithms arXiv.org:quant画ph/0005003 (2001)， pp. 1-27。本才支术领域仍然受阻于 不能够使量子位的相干性提高到设计和运行实际电路模型量子计 算才几可4妻受的水准。该电路模型一个例子示于图2中。电路200是量子傅立叶变换 的 一种实施方案。量子傅立叶变换是在多个以电路模型为基础的量 子计算应用中的 一个有用的运算方法。例如参见美国专利7>告 2003/0164490 Al, 题为Optimization process for quantum computing process,其全文通过引用结合在此。时间/人左向右进展，就是i兌， 时间步艰《201先于时间步骤202,并且依此类4偉。图2所示的量子 系统中的四个量子位从下向上标号为0-3。在任何给定时间步骤中 量子位0的状态由线S0-S0，代表，在任何给定时间步骤中量子位1 的状态由线S1-S1，代表，等等。在时间步骤201中， 一个单量子位 单一门，A3,;故施用于量子位3。在线S3-S3，上用于量子位3的下一个门是一个双量子位门，B23，在时间步骤202该双量子位门^皮 施用于量子位2和3。概括地说，Ai门(例如，于时间步骤201^皮 施用于量子位3的A3)是施加在第i个量子位上的一个阿达马门 (HADAMARD gate )，而Bj」门(例如，在时间步骤202净皮施用于 量子位2和3的B23)是耦连到第i和第j个量子位的一个 CPHASE门。这些单一门的应用一直继续到状态SO —S3被转换到 S0，-S3，为止。在时间步骤210之后，可以使更多的单一门施用于 这些量子位，或者这些量子位的状态可以被确定(例如，通过测量)。量子计算的另 一 个途径涉及将多个耦连的量子系统的 一 个系 统的自然物理演算用作一个计算系统。该途径不对量子门和量子电 路进行苛刻的应用。取而代之的是，从一个已知的初始化哈米尔顿 算子开始，它依赖于多个个耦连的量子系统的一个系统的受引导的 物理演算，其中要求解的问题按该系统的哈米尔顿算子进行编码， 乂人而该耦连的量子系统的终末状态含与要求解的问题的解相关的 信息。该途径不要求长的量子位相干时间。此类途径包括绝热量子 计算，群集-状态量子计算，单向量子计算，量子退火和经典退火， 并且例3口i兌明于FaA/, 等人的Quantum Adiabatic Evolution Algorithms versus Stimulated Annealing arXiv.org:quant-ph/0201031 (2002), pp 1-24。如图3中所示，绝热量子计算涉及将一个系统初始4匕为一种初 始状态，该系统对一个要求解的问题进行编码。该初始状态由一个 初始化p合米尔顿算子T/o描述。然后使该系统绝热地迁移到由口合米 尔顿算子//p描述的一种终末状态。该终末状态编码对该问题的一 个解。从」&向//P的迁移遵从由函数Y(t)描述的一个插值路径， 该函数在零至r的间期(含区间端点)上是连续的，并且具有一个 条件，即在时间T以后该初始化哈米尔顿算子//o降为零。在此，r指得是该系统达到由哈米尔顿算子/^代表的状态的时间点。可任选底，该插值可以横移到一个外部的p合米尔顿算子7/￡ ,该外部 的p合米尔顿算子可以含有用于某些或者全部由//。表达的量子位的隧道效应项。该外部的P合米尔顿算子//￡的幅度由一个函数《0描述，该函数在零至r的间期(含区间端点)上是连续的，并且在该4^f直的开始0 = 0)和结束(,=T)时为零，而在？ = 0与f = T之间的所有的或者 一部分的时间中是非零的。 量子位如前所述，量子位可以用作一台量子计算^L的信息的基本单元。如同位在UTM的情况那样，量子位可以指至少两个完全不同 的量值； 一个量子位可以指在其中存储信息的一个真实的物理装置，并且它还可以指,人其物理装置抽象出的信息单位本身。量子位推广了经典的数字位的概念。 一个经典的信息存储装置可以编石马两个离散4犬态，典型;也标0和1。物理上这两个离散习犬态由经典的信息存储装置的两个不同且可区别物理状态来表达，如 》兹场、电流或者电压的方向和幅度，其中对该位的状态进行编码的 量值按照经典物理学的定律表现。 一个量子位也包含两个离散的物理状态，它们也可以标O和1。物理上这两个离散状态由量子信息存储装置的两个不同且可区别物理状态来表达，如磁场、电流或 者电压的方向和幅度，其中队该位状态进4亍编码的量值4安照量子物 理学的定律来表现。如果存储这些状态的物理量值按量子力学表王见，该装置还可以另外i也置于一种0和1的重叠。f尤是i兌，该量子 ^立可以同时存在于0，，和1 ，，状态，并且因此可以对两个状态同时 进行一个计算。总之，N个量子位可以处于2N个状态的重叠之中。 各个量子算法利用该重叠特性来加速某些计算。以标准的符号， 一个量子位的基本状态净皮称为|0〉和|1〉状 态。在量子计算的过程中，总体上， 一个量子位的状态是基础状态的一种重叠，乂人而该量子位具有占本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用包括多个超导量子位的一种量子系统进行绝热量子计算的一种方法，其中，该量子系统能够在任何给定的时间处于至少两个量子配置中的任一个，该至少两个量子配置包括：　一个第一配置，该第一配置由具有一个第一状态的一个初始化哈米尔顿算子Ｈ↓［Ｏ］所说明；和　一个第二配置，该第二配置由具有一个第二状态的一个问题哈米尔顿算子Ｈ↓［Ｐ］所说明；该方法包括：　将该量子系统初始化为该第一配置；　演算该量子系统，其中该演算的至少一部是绝热地进行演算，由此实现一种绝热演算，其中在该绝热演算的过程中该量子系统的一个状态的特征为一个演算哈米尔顿算子Ｈ，直到它由该问题哈米尔顿算子Ｈ↓［Ｐ］的第二状态说明为止，并且其中该演算哈米尔顿算子Ｈ包括具有至少一个反交叉的一个能量谱，并且其中绝热地演算该量子系统包括在该时间间隔中通过改变该量子系统的至少一个参数来增加该至少一个反交叉中的一个反交叉的能隙大小；并且　读出该量子系统的状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-1-27 60/762,6191.使用包括多个超导量子位的一种量子系统进行绝热量子计算的一种方法，其中，该量子系统能够在任何给定的时间处于至少两个量子配置中的任一个，该至少两个量子配置包括:一个第一配置，该第一配置由具有一个第一状态的一个初始化哈米尔顿算子HO所说明；和一个第二配置，该第二配置由具有一个第二状态的一个问题哈米尔顿算子HP所说明；该方法包括:将该量子系统初始化为该第一配置；演算该量子系统，其中该演算的至少一部是绝热地进行演算，由此实现一种绝热演算，其中在该绝热演算的过程中该量子系统的一个状态的特征为一个演算哈米尔顿算子H，直到它由该问题哈米尔顿算子HP的第二状态说明为止，并且其中该演算哈米尔顿算子H包括具有至少一个反交叉的一个能量谱，并且其中绝热地演算该量子系统包括在该时间间隔中通过改变该量子系统的至少一个参数来增加该至少一个反交叉中的一个反交叉的能隙大小；并且读出该量子系统的状态。2. 如权利要求1所述的方法，其中在该多个超导量子位中的每个 对应第 一超导量子位都^皮安排为对应于在该多个超导量子位 中的一个对应的第二超导量子位，因此该第 一超导量子位与该 对应的第二超导量子位限定一个预定的耦连强度，并且其中在 该多个超导量子位中的每个第 一超导量子位与对应的第二超 导量子位之间的预定的耦连强度集体地限定一个求解的计算 问题的至少一个4卩分。3. 如4又利要求1所述的方法，其中该问题p合米尔顿算子/fP包 括对于该多个超导量子位中每个超导量子位的一个隧道岁文应 项，并且其中对于该多个超导量子位中每个超导量子位的隧道 效应项的能量是低于该多个超导量子位中每个第 一超导量子 位与第二超导量子位之间的这些预定的耦连强度的一组绝对 值的一个平均值。4. 如^又利要求1所述的方法，其中该读出包4舌对于该多个超导量 子位中的一个超导量子位的至少一个超导量子位探测至少一 个ctx Pauli矩阵算子或者ciz Pauli矩阵算子的至少一个可，见测项。5. 如权利要求1所述的方法，其中一个储能电路是与该多个超导 量子位中的至少一部分超导量子位处于电感性联通，并且其中 该读出包括测量跨过该储能电路的一个电压。6. 如权利要求1所述的方法，其中该读出包括测量该量子系统的 一个阻抗。7. 如4又利要求1所述的方法，其中该读出包4舌确定在该多个超导 量子^立中的至少 一个超导量子位的状态。8. 如—又利要求7所述的方法，其中该读出包括对该超导量子4立的 一个接地状态与该超导量子位的 一个受激状态进行区别。9. 如权利要求1所述的方法，其中该多个超导量子位中的至少一 个超导量子位是选自由一个持续电流量子位和一个超导通量 量子^f立所纟且成的纟且。10. 如权利要求9所述的方法，其中该读出包括将该超导量子^f立的 一种量子状态测量为存在或者不存在一个电压中的至少一个。11. 如4又利要求1所述的方法，其中该多个超导量子位中的至少一 个超导量子位在该量子系统处于该第一配置时能够在一个第 一稳态与 一个第二稳态之间具有隧道效应。12. 如权利要求1所述的方法，其中该多个超导量子位中的至少一 个超导量子位在演算的过程中能够在一个第一稳态与一个第 二稳、态之间具有隧道效应。13. 如权利要求1所述的方法，其中该演算发生在1纳秒与大约 100孩i秒之间的 一 个时间周期中。14. 如权利要求1所述的方法，其中该初始化包括在垂直于由该多 个超导量子位定义的一个平面的一个向量的方向上向该多个 超导量子位施加一个》兹场。15. 如权利要求1所述的方法，其中该初始化包括对该多个超导量 子位中的每个对应的超导量子位施加一个石兹偏置并且4妾照一 个预定的耦连强度将该多个超导量子位中的每一个对应的第 一超导量子位耦连到该多个超导量子位中的一个对应的第二 超导量子位。16. 如权利要求1所述的方法，其中该至少一个参数是一个耦连强 度，该耦连强度在该多个超导量子位中介导一个第一超导量子 位与 一个第二超导量子位之间的耦连。17. 如斥又利要求1所述的方法，其中该至少一个参凄t是对于该多个 超导量子位中的至少一个超导量子位的一种单独的偏置。18. 如权利要求1所述的方法，其中该至少一个参数是施加在该多 个超导量子位中的一个超导量子位上的一个通量偏置强度，并 且其中该通量偏置的强度在该绝热演算的过程中4皮改变。19....

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德H阿明，
申请(专利权)人：D波系统公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]