联合读取信号的参数优化方法、装置及量子控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种联合读取信号的参数优化方法，所述联合读取信号用于同时读取N个量子比特的量子态信息，所述优化方法包括：获取2N+2组所述联合读取信号中待优化参数的初始值，每组所述待优化参数包括一读取功率、对应于所述N个量子比特的N个基带频率及N个幅值中的任意一种或多种；分别采用具有2N+2组初始值的所述联合读取信号执行联合读取，并获取对应的第一读取保真度；基于损失函数获取2N+2组所述第一读取保真度与联合读取保真度理论预期的差异；基于2N+2组所述待优化参数的初始值及基于所述损失函数获取的2N+2个函数值，利用Nelder

【技术实现步骤摘要】
联合读取信号的参数优化方法、装置及量子控制系统


[0001]本专利技术属于量子计算领域，尤其涉及一种联合读取信号的参数优化方法、装置及量子控制系统。

技术介绍

[0002]量子比特信息是指量子比特所具有的量子态，基本的量子态是|0>态和|1>态，量子比特被操作之后，量子比特的量子态发生改变，在量子芯片上，则体现为量子芯片被执行后，量子比特所具备的量子态发生变化即量子芯片的执行结果，该执行结果由量子比特读取信号（一般为模拟信号）携带并传出的。
[0003]通过量子比特读取信号快速测量量子比特量子态的过程是了解量子芯片执行性能的关键工作，量子比特测量结果的高保真度一直是量子计算行业持续追求的重要指标。量子比特读取信号的参数对量子比特的测量结果的保真度高低影响很大，为了获取较高的量子比特读取保真度，需要对量子比特读取信号的参数进行优化以获取量子比特读取信号的最优参数。
[0004]现有技术掌握较为成熟的为不受其他量子比特影响的单个量子比特的测量结果确定，但是多个关联量子比特具有更实用和广大的应用前景，运行量子计算任务的多个关联量子比特，多个关联量子比特的测量结果的确定尤为重要。使用联合读取信号能够同时读取多个量子比特的量子态信息，然而，现有的联合读取信号的读取保真度相较于量子比特的单独读取的读取保真度中还存在一定程度的差异。
[0005]为了使得联合读取的读取保真度达到理想的水平，需要提供一种联合读取信号的参数优化方法。
[0006]需要说明的是，公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种联合读取信号的参数优化方法、装置及量子控制系统，以解决现有技术中的不足，能够提高联合读取信号的读取保真度。
[0008]为了实现上述目的，本申请第一方面提出了一种联合读取信号的参数优化方法，所述联合读取信号用于同时读取N个量子比特的量子态信息，所述参数优化方法包括：获取2N+2组所述联合读取信号中待优化参数的初始值，每组所述待优化参数包括一读取功率、对应于所述N个量子比特的N个基带频率及N个幅值中的任意一种或多种；分别采用具有2N+2组初始值的所述联合读取信号执行联合读取，并获取对应的第一读取保真度；基于损失函数获取2N+2组所述第一读取保真度与联合读取保真度理论预期的差异；
基于2N+2组所述待优化参数的初始值及基于所述损失函数获取的2N+2个函数值，利用Nelder
‑
Mead算法获取满足第一预设条件的函数值，并获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数。
[0009]可选的，所述损失函数包括交叉熵损失函数，所述交叉熵损失函数为：其中，p
i
为第i个量子比特的联合读取保真度理论预期，q
i
为执行联合读取获取的第i个量子比特的读取保真度，H表示交叉熵。
[0010]可选的，所述基于2N+2组所述待优化参数的初始值及基于所述损失函数获取的2N+2个函数值，利用Nelder
‑
Mead算法获取满足第一预设条件的函数值，并获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，包括：利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数。
[0011]可选的，所述利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，包括：步骤A：对基于所述损失函数获取的2N+2个函数值进行排序H（X1）≤H（X2）≤H（X3）
……
≤H（X
N
）≤
……
H（X
2N+1
）≤H（X
2N+2
），其中，H（X
i
）表示第i（i∈[1，2N+2]）组所述待优化参数的值对应于所述损失函数的函数值；步骤B：确定2N+2组所述待优化参数的值中除去最差组后剩余其他组的平均值X0，所述最差组对应的所述损失函数的函数值最大；步骤C：基于平均值X0按照计算公式X
r
=X0＋α（X0－X
2N+2
）获取第一参数X
r
，其中，α为预设的反射系数，基于具有所述第一参数X
r
的所述联合读取信号执行联合读取，并获取第一函数值H（X
r
）；步骤D：若所述第一函数值H（X
r
）满足第一预设条件，则获取所述第一参数X
r
作为最优参数。
[0012]可选的，所述利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，还包括：步骤E：若所述第一函数值H（X
r
）不满足所述第一预设条件，且所述第一函数值H（X
r
）满足H（X1）≤H（X
r
）＜H（X
2N+1
），则使得X
2N+2
=X
r
，并返回执行步骤A。
[0013]可选的，所述利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化
后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，还包括：步骤F：若所述第一函数值H（X
r
）满足H（X
r
）＜H（X1），则根据计算公式X
e
=X＋γ(X
r
－X0)更新获取第二参数X
e
，其中，γ为预设的扩展系数，基于具有所述第二参数X
e
的所述联合读取信号执行联合读取，并获取第二函数值H（X
e
）；步骤G：若所述第二函数值H（X
e
）满足第一预设条件，获取所述第二参数X
e...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联合读取信号的参数优化方法，其特征在于，所述联合读取信号用于同时读取N个量子比特的量子态信息，所述优化方法包括：获取2N+2组所述联合读取信号中待优化参数的初始值，每组所述待优化参数包括一读取功率、对应于所述N个量子比特的N个基带频率及N个幅值中的任意一种或多种；分别采用具有2N+2组初始值的所述联合读取信号执行联合读取，并获取对应的第一读取保真度；基于损失函数获取2N+2组所述第一读取保真度与联合读取保真度理论预期的差异；基于2N+2组所述待优化参数的初始值及基于所述损失函数获取的2N+2个函数值，利用Nelder
‑
Mead算法获取满足第一预设条件的函数值，并获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数。2.如权利要求1所述的联合读取信号的参数优化方法，其特征在于，所述损失函数包括交叉熵损失函数，所述交叉熵损失函数为：其中，p
i
为第i个量子比特的联合读取保真度理论预期，q
i
为执行联合读取获取的第i个量子比特的读取保真度，H表示交叉熵。3.如权利要求1所述的联合读取信号的参数优化方法，其特征在于，所述基于2N+2组所述待优化参数的初始值及基于所述损失函数获取的2N+2个函数值，利用Nelder
‑
Mead算法获取满足第一预设条件的函数值，并获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，包括：利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数。4.如权利要求3所述的联合读取信号的参数优化方法，其特征在于，所述利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，包括：步骤A：对基于所述损失函数获取的2N+2个函数值进行排序H（X1）≤H（X2）≤H（X3）
……
≤H（X
N
）≤
……
H（X
2N+1
）≤H（X
2N+2
），其中，H（X
i
）表示第i（i∈[1，2N+2]）组所述待优化参数的值对应于所述损失函数的函数值；步骤B：确定2N+2组所述待优化参数的值中除去最差组后剩余其他组的平均值X0，所述最差组对应的所述损失函数的函数值最大；步骤C：基于平均值X0按照计算公式X
r
=X0＋α（X0－X
2N+2
）获取第一参数X
r
，其中，α为预设的反射系数，基于具有所述第一参数X
r
的所述联合读取信号执行联合读取，并获取第一函数值H（X
r
）；步骤D：若所述第一函数值H（X
r
）满足第一预设条件，则获取所述第一参数X
r
作为最优参
数。5.如权利要求4所述的联合读取信号的参数优化方法，其特征在于，所述利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，还包括：步骤E：若所述第一函数值H（X
r
）不满足所述第一预设条件，且所述第一函数值H（X
r
）满足H（X1）≤H（X
r
）＜H（X
2N+1
），则使得X
2N+2
=X
r
，并返回执行步骤A。6.如权利要求4所述的联合读取信号的参数优化方法，其特征在于，所述利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，还包括：步骤F：若所述第一函数值H（X
r
）不满足所述第一预设条件且满足H（X
r
）＜H（X1），则根据计算公式X
e
=X＋γ(X
r
－X0)更新获取第二参数X
e
，其中，γ为预设的扩展系数，基于具有所述第二参数X
e
的所述联合读取信号执行联合读取，并获取第二函数值H（X
e
）；步骤G：若所述第二函数值H（X
e
）满足所述第一预设条件，获取所述第二参数X
e
作为最优参数。7.如权利要求6所述的联合读取信号的参数优化方法，其特征在于，所述利用Nelder
‑
Mead算法不断更新所述待优化参数的值，分别基于优化后的值执行联合读取以获取相应的读取保真度，并基于获取的读取保真度及所述联合读取保真度理论预期获取对应的所述损失函数的函数值，直至获取的所述损失函数的函数值满足第一预设条件，获取对应的所述待优化参数的值作为所述联合读取信号的最优参数，还包括：步骤H：若所述第二函数值H（X
e
）不满足所述第一预设条件，则判断所述第二函数值H（X
e
）是否满足H（X
e
）＜H（X
r
），若是，则使得X
2N+2
=X
e
，并返回步骤A；若否，则使得X
2N+2
=X
r
，并返回执行步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇杰，宋垚，张昂，方双胜，石汉卿，孔伟成，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：