量子控制器中的频率生成制造技术

一种量子控制器包括量子控制脉冲生成电路、信号生成电路、以及相位参数生成电路。相位参数生成电路可操作以基于时间跟踪电路的输出确定用于生成振荡信号的相位参数的第一值。信号生成电路可操作以在第一时刻开始以第一频率生成振荡信号，以对两个量子控制脉冲中的第一量子控制脉冲进行调制，并且在第二时刻，以第二频率生成振荡信号，其中，振荡信号在第二时刻的相位通过相位参数的值而确定，以使得振荡信号的相位如同在振荡信号从参考时间起以第二频率持续地振荡的情况下的相位一样。以第二频率持续地振荡的情况下的相位一样。以第二频率持续地振荡的情况下的相位一样。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子控制器中的频率生成

技术介绍

[0001]通过本解决方案与参考附图而在本公开的剩余部分中阐述的本方法及系统的一些方面的比较，量子计算机控制系统中的频率生成的常规解决方案的局限性与缺点对本领域技术人员显而易见。

技术实现思路

[0002]大致如通过至少一个图示出和/或结合至少一个图所描述的，如在权利要求中更为完整地阐述的，针对量子控制器中的频率生成提供方法和系统。
附图说明
[0003]图1A与图1B比较了通常的(二进制)计算与量子计算的一些方面。
[0004]图2示出了示例性的量子计算系统。
[0005]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。
[0006]图3B示出了图3A中的量子控制器电路的示例性实现方式。
[0007]图4示出了图3B中的脉冲发生器的示例性实现方式。
[0008]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。
[0009]图6A示出了图3B中的量子控制器的频率生成电路。
[0010]图6B示出了图6A中的控制信号IF
l
的示例性分量。
[0011]图7A与图7B示出了跨图6A与图6B中的频率生成电路的跳频的相位连续性。
[0012]图8A与图8B示出了本公开的示例性实现方式中的量子控制脉冲的上变频。
[0013]图9示出了图6A与图6B中支持更高的输出采样速率的频率生成电路的示例性配置。
[0014]图10A与图10B示出了本公开的示例性实现方式中的量子控制脉冲的上变频。
[0015]图11示出了图6A与图6B中支持更高的输出采样速率的频率生成电路的另一示例性配置。
[0016]图12A示出了可操作以生成啁啾的示例性频率生成电路。
[0017]图12B示出了图12A中的控制信号IF
l
的示例性分量。
具体实施方式
[0018]通常的计算机通过将信息存储成二进制数字(“比特”)的形式并且经由二进制逻辑门对这些比特进行处理而操作。在任意给定的时间，每个比特仅占据两个离散值中的一个值：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通常的物理学管理电路行为。在当代的通常系统中，用于存储比特并且实现逻辑运算的电路通常由携带两个不同的电压(表示0和1的比特)的电线及执行布尔逻辑运算的基于晶体管的逻辑门制成。
[0019]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的通常计
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通常可以存储为施加至逻辑运算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)。因此，根据所执行的逻辑运算，逻辑门的输出是1Vdc或0Vdc。
[0020]显而易见，具有单一比特和单一逻辑门的通常计算机的使用有限，这就是具有甚至适度的计算能力的当代通常计算机包含数十亿个比特和晶体管的原因。即，涉及日益复杂的问题的通常计算机不可避免地需要越来越多的大量比特和晶体管和/或越来越多的大量时间来完成算法。然而，存在一些问题，需要必不可少的大量晶体管和/或必不可少的大量时间来找出解决方案。将该问题成为难处理的。
[0021]量子计算机通过将信息存储成量子比特(“qubit”)的形式并且经由量子门对这些qubit进行处理而操作。不同于在任意给定的时间仅处于一种状态(0或1)的比特，qubit可能是两种状态在同一时间的叠加。更精确地，量子比特指其状态存在于二维希尔伯特空间中并且因此被描述成线性组合α|0>+β|1>的系统，其中，|0>和|1>是两种基本状态，并且α和β是复数，通常被称为概率幅，即，满足|α|2+|β|2＝1。使用本表示法(notation)，当测量qubit时，其是具有概率|α|2的0并且是具有概率|β|2的1。|0>与|1>还能够分别由二维基向量和表示，并且因此，由表示qubit状态。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。Qubit的数学行为及其运算上的这种额外丰富性能够使得量子计算机比通常的计算机更快地解决一些问题(事实上，通常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)。
[0022]图1B所示的是被配置为存储qubit 122并且对qubit 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qubit 122，在时间t1，对qubit 122应用逻辑运算104，并且在时间t2，通过α2|0>+β2|1>描述qubit 122。
[0023]不同于通常的比特，不能将qubit存储为布线上的单一电压值。可替代地，使用二级量子力学系统物理地实现qubit。近年来已经提出并且开发了qubit的许多物理实现方式，且一些实现方式比其他实现方式更有希望。前沿qubit实现方式的一些实施例包括超导电路、自旋qubit、以及俘获离子。
[0024]量子控制器的作用是生成精确系列的外部信号，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。
[0025]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。
[0026]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，在算法的运行时间期间较少干预或无人类干预的情况下，量子控制器210能够执行量子算法描述206来对量子处理器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，能够使得用户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，即，从量子控制器210的具体应用所使用的指令集进行较少或无抽象化。在无需编译器或解
译器的情况下，可以将该指令转换成量子控制器210的机器码。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的具体硬件进行更多地抽象化。在量子控制器210上对其进行运行之前，可以将该指令编译成机器码。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，量子控制器210可以在运行时间期间解译成机器码。在示例性的实现方式中，操作系统或本文档来自技高网...

【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，包括量子控制脉冲生成电路、相位参数生成电路、时间跟踪电路、以及信号生成电路，其中：所述量子控制脉冲生成电路能够操作以生成两个量子控制脉冲的序列；所述相位参数生成电路能够操作以基于所述时间跟踪电路的输出来确定与振荡信号相对于参考时间的相位相对应的相位参数的值；所述信号生成电路能够操作以：在所述参考时间，开始以第一频率生成所述振荡信号，以对所述两个量子控制脉冲中的第一个量子控制脉冲进行调制；在所述参考时间之后的第二时间，将所述振荡信号改变成第二频率，以对第二个量子控制脉冲进行调制，其中，所述振荡信号在所述第二时间的相位通过所述相位参数的所述值来确定，以使得所述振荡信号的相位如同在所述振荡信号从所述参考时间起以所述第二频率持续地振荡的情况下的相位一样。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述时间跟踪电路的所述输出与从所述参考时间起流逝的时间量相对应。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述时间跟踪电路包括寄存器，所述寄存器能够操作以存储一值、并且在还对所述信号生成电路进行计时的时钟的每个周期递增所述值。4.根据权利要求1所述的系统，其中：所述信号生成电路包括并行的多个信号生成单元；从所述参考时间至所述第二时间，由所述信号生成单元中的第一个信号生成单元生成所述振荡信号；并且从所述第二时间至第三时间，由所述信号生成单元中的所述第一个信号生成单元生成所述振荡信号。5.根据权利要求1所述的系统，其中：所述信号生成电路包括并行的多个信号生成单元；从所述参考时间至所述第二时间，由所述信号生成单元中的第一个信号生成单元生成所述振荡信号；并且从所述第二时间至第三时间，由所述信号生成单元中的第二个信号生成单元生成所述振荡信号。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述相位参数生成电路能够操作以生成N
‑
1个相移值，N
‑
1个所述相移值用于从所述参考时间至所述第二时间生成所述振荡信号，其中，N是大于1的整数。7.根据权利要求6所述的系统，其中：所述信号生成电路包括N个信号生成单元；并且从所述参考时间至所述第二时间，N
‑
1个所述信号生成单元中的每个信号生成单元基于所述相位参数的第一值、以及N
‑
1个所述相移值中的一相应相移值来生成余弦值和正弦值。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述N个信号生成单元是N个CORDIC电路。9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述N个信号生成单元包括N
‑
1个相位旋转器电路
和唯一一个CORDIC电路。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述量子控制器包括矩阵生成电路，所述矩阵生成电路能够操作以从所述信号生成电路的输出生成矩阵。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述相位...

【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：