一种实现量子芯片全局耦合的方法、设备及存储介质技术

本申请公开了一种实现量子芯片全局耦合的方法、设备及存储介质。方法包括：在量子芯片中心设置平面波导谐振腔，将量子芯片中的量子比特与平面波导谐振腔连接；在需要对第一量子比特与第二量子比特间作用两比特逻辑门操作的情况下，基于第一量子比特对应的第一特征频率与第二量子比特对应的第二特征频率，分别对第一量子比特与第二量子比特进行单比特门操作；通过磁通控制，将第一特征频率与第二特征频率，调整为平面波导谐振腔对应的谐振腔特征频率；在磁通控制的控制时间内，对第一量子比特与第二量子比特进行iswap门操作，从而实现两比特逻辑门操作。本申请通过上述方法在将量子线路映射到真实量子计算设备时避免了添加额外的两比特逻辑门操作。额外的两比特逻辑门操作。额外的两比特逻辑门操作。

【技术实现步骤摘要】
一种实现量子芯片全局耦合的方法、设备及存储介质


[0001]本申请涉及量子计算
，尤其涉及一种实现量子芯片全局耦合的方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]超导量子计算是目前公认最有可能在短时间内实现量子计算商用化的技术方案之一。但是，当把量子算法所对应的量子线路应用在真实超导量子计算机上时，需要考虑到量子芯片中量子比特耦合的拓扑结构。具体来说，只有量子芯片中两个真实量子比特之间存在物理上的实际耦合关系，才可能在这两个量子比特之间直接应用两比特逻辑门操作，而在进行量子线路设计时并无此限制。因此，可能存在量子线路中所设计的两比特逻辑门作用到的两个量子比特在真实量子芯片中并无实际物理联系，这样就需要添加额外的两比特逻辑门来等效实现此两比特操作。对于当前的量子计算设备，两比特逻辑门是量子操作误差的主要来源，额外添加的两比特门将直接影响到作用在真实量子计算机上量子算法的结果保真度。
[0003]因此，如何在将量子线路映射到真实量子计算设备时避免添加额外的两比特逻辑门操作成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种实现量子芯片全局耦合的方法、设备及存储介质，用以解决如下技术问题：如何在将量子线路映射到真实量子计算设备时避免添加额外的两比特逻辑门操作。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种实现量子芯片全局耦合的方法，其特征在于，方法包括：在量子芯片中心设置平面波导谐振腔，并将量子芯片中的量子比特与平面波导谐振腔建立连接；在需要对第一量子比特与第二量子比特间作用两比特逻辑门操作的情况下，基于第一量子比特对应的第一特征频率与第二量子比特对应的第二特征频率，对第一量子比特进行第一单比特门操作，对第二量子比特进行第二单比特门操作；其中，第一量子比特与第二量子比特为量子芯片中的任意两个量子比特；通过磁通控制，将第一量子比特对应的第一特征频率与第二量子比特对应的第二特征频率，调整为平面波导谐振腔对应的谐振腔特征频率；在磁通控制的控制时间内，对第一量子比特与第二量子比特进行iswap门操作，从而实现第一量子比特与第二量子比特间的两比特逻辑门操作。
[0006]本申请实施例提供的一种实现量子芯片全局耦合的方法，通过将平面波导谐振腔作为交换中心，可以使任意两个量子比特间建立连接。在对第一量子比特与第二量子比特间作用两比特逻辑门操作时，通过分别实现单比特门操作与iswap门操作，即可实现第一量子比特与第二量子比特间的两比特逻辑门操作，在将量子线路映射到真实量子计算设备时，有效避免了添加额外的两比特逻辑门操作。
[0007]在本申请的一种实现方式中，在将量子芯片中的量子比特与平面波导谐振腔建立
连接之后，方法还包括：对所有量子比特间的iswap门进行校准，具体包括：S1：通过泡利
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X门将第一量子比特由|0>态制备到|1>态；S2：基于预设的起始控制时长，对第一量子比特与第二量子比特进行磁通控制，以使第一特征频率与第二特征频率调整为谐振腔特征频率，并记录第一量子比特与第二量子比特的状态；其中，第一量子比特与第二量子比特的状态由|jk>表示；其中，|j>表示为第一量子比特的基础状态，|k>表示为第二量子比特的基础状态；基础状态包括：|0>态、|1>态；S3：在起始控制时长下，对第一量子比特与第二量子比特进行预设次数的磁通控制；S4：基于预设的时间步长，调整磁通控制的控制时长，重复S2
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S3直至达到终止控制时长；S5：基于各控制时长下，第一量子比特与第二量子比特的状态为|01>态与|10>态的概率，确定第一量子比特与第二量子比特间iswap门的操作参数。
[0008]在本申请的一种实现方式中，基于各控制时长下，第一量子比特与第二量子比特的状态为|01>态与|10>态的概率，确定第一量子比特与第二量子比特间iswap门的操作参数，具体包括：基于各控制时长下，第一量子比特与第二量子比特的状态为|01>态与|10>态的概率，确定|01>态与|10>态之间的Rabi振荡；确定Rabi振荡中预设数量个周期所对应的时间为第一量子比特与第二量子比特间iswap门的操作参数。
[0009]在本申请的一种实现方式中，量子芯片中的量子比特采用频率可调的SQUID结构设计。
[0010]在本申请的一种实现方式中，在将量子芯片中的量子比特与平面波导谐振腔建立连接之后，方法还包括：调节各量子比特对应的SQUID结构，以使各量子比特对应的特征频率，与谐振腔特征频率差值的绝对值大于预设阈值，从而使各量子比特与平面波导谐振腔之间在不作用两比特逻辑门操作的情况下具有足够的隔离度。
[0011]在本申请的一种实现方式中，基于第一量子比特对应的第一特征频率与第二量子比特对应的第二特征频率，对第一量子比特进行第一单比特门操作，对第二量子比特进行第二单比特门操作，具体包括：基于第一量子比特对应的第一SQUID结构与第二量子比特对应的第二SQUID结构，确定第一量子比特对应的第一特征频率与第二量子比特对应的第二特征频率；基于第一特征频率与第二特征频率，生成第一微波信号与第二微波信号，并基于第一微波信号与第二微波信号，分别确定第一量子比特对应的第一单比特门与第二量子比特对应的第二单比特门；通过第一单比特门对第一量子比特进行第一单比特门操作，以及通过第二单比特门对第二量子比特进行第二单比特门操作。
[0012]在本申请的一种实现方式中，方法还包括：通过改变连接量子比特的直流信号的幅值，实现磁通控制对特征频率的调整。
[0013]在本申请的一种实现方式中，将量子芯片中的量子比特与平面波导谐振腔建立连接，具体包括：在量子比特与平面波导谐振腔之间添加预设型号电容，以使量子芯片中的量子比特与平面波导谐振腔建立连接。
[0014]第二方面，本申请实施例还提供了一种现量子芯片全局耦合的设备，其特征在于，设备包括：处理器；及存储器，其上存储有可执行代码，当可执行代码被执行时，使得处理器执行如权利要求1
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8任一项的一种方法。
[0015]第三方面，本申请实施例还提供了一种现量子芯片全局耦合的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，计算机可执行指令设置为：在量子芯片中心设置平面波导谐振腔，并将量子芯片中的量子比特与平面波导谐振腔建立连接；在需要
对第一量子比特与第二量子比特间作用两比特逻辑门操作的情况下，基于第一量子比特对应的第一特征频率与第二量子比特对应的第二特征频率，对第一量子比特进行第一单比特门操作，对第二量子比特进行第二单比特门操作；其中，第一量子比特与第二量子比特为量子芯片中的任意两个量子比特；通过磁通控制，将第一量子比特对应的第一特征频率与第二量子比特对应的第二特征频率，调整为平面波导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现量子芯片全局耦合的方法，其特征在于，所述方法包括：在量子芯片中心设置平面波导谐振腔，并将所述量子芯片中的量子比特与所述平面波导谐振腔建立连接；在需要对第一量子比特与第二量子比特间作用两比特逻辑门操作的情况下，基于第一量子比特对应的第一特征频率与第二量子比特对应的第二特征频率，对第一量子比特进行第一单比特门操作，对第二量子比特进行第二单比特门操作；其中，所述第一量子比特与所述第二量子比特为所述量子芯片中的任意两个量子比特；通过磁通控制，将所述第一量子比特对应的所述第一特征频率与所述第二量子比特对应的所述第二特征频率，调整为所述平面波导谐振腔对应的谐振腔特征频率；在所述磁通控制的控制时间内，对所述第一量子比特与所述第二量子比特进行iswap门操作，从而实现所述第一量子比特与所述第二量子比特间的两比特逻辑门操作。2.根据权利要求1所述的一种实现量子芯片全局耦合的方法，其特征在于，在将所述量子芯片中的量子比特与所述平面波导谐振腔建立连接之后，所述方法还包括：对所有量子比特间的iswap门进行校准，具体包括：S1：通过泡利
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X门将第一量子比特由|0>态制备到|1>态；S2：基于预设的起始控制时长，对所述第一量子比特与所述第二量子比特进行磁通控制，以使所述第一特征频率与所述第二特征频率调整为所述谐振腔特征频率，并记录所述第一量子比特与所述第二量子比特的状态；其中，所述第一量子比特与所述第二量子比特的状态由|jk>表示；其中，|j>表示为所述第一量子比特的基础状态，|k>表示为所述第二量子比特的基础状态；所述基础状态包括：|0>态、|1>态；S3：在所述起始控制时长下，对所述第一量子比特与所述第二量子比特进行预设次数的磁通控制；S4：基于预设的时间步长，调整磁通控制的控制时长，重复S2
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S3直至达到终止控制时长；S5：基于各控制时长下，所述第一量子比特与所述第二量子比特的状态为|01>态与|10>态的概率，确定所述第一量子比特与所述第二量子比特间iswap门的操作参数。3.根据权利要求2所述的一种实现量子芯片全局耦合的方法，其特征在于，基于各控制时长下，所述第一量子比特与所述第二量子比特的状态为|01>态与|10>态的概率，确定所述第一量子比特与所述第二量子比特间iswap门的操作参数，具体包括：基于各控制时长下，所述第一量子比特与所述第二量子比特的状态为|01>态与|10>态的概率，确定所述|01>态与所述|10>态之间的Rabi振荡；确定所述Rabi振荡中预设数量个周期所对应的时间为所述第一量子比特与所述第二量子比特间iswap门的操作参数。4.根据权利要求1所述的一种实现量子芯片全局耦合的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘幼航，薛长青，齐在栋，于洪真，
申请(专利权)人：山东浪潮科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：