基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法和赝纯态制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法和赝纯态制备装置。该赝纯态制备方法包括：对核磁共振样品的热平衡态进行第一次幺正操作，得到第一量子态；对第一量子态进行第二次幺正操作，使第一量子态的密度矩阵中对角元所对应的核自旋极化分量旋转至由初始方向与预设方向平行且使非对角元所对应的核自旋极化分量旋转至预设方向垂直，得到第二量子态；利用射频线圈对第二量子态施加预定参数的射频场，进行非幺正操作，得到第三量子态；对第三量子态进行第三次幺正操作，以将第三量子态中的核自旋极化分量旋转至初始方向，得到核磁共振样品的赝纯态。该方法无需使用梯度场，降低了制备难度，缩短了制备时间。缩短了制备时间。缩短了制备时间。

【技术实现步骤摘要】
基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法和赝纯态制备装置


[0001]本专利技术属量子计算
，具体地讲，涉及一种基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法和赝纯态制备装置。

技术介绍

[0002]在核磁共振量子计算中，够制备量子计算初始态—赝纯态是必要不可少的步骤，其重要性与其他量子计算系统中的初始化相同。赝纯态的动力学表现、测量表现均与纯态相同。
[0003]现有的赝纯态制备有时间平均法(PRA 57，3348)、空间平均法(PNAS 94，1634)、控制传输法(PRA 82，032315)、弛豫法(PRA 94，012312)、line
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selective方法(Chemical Physics Letters 340，509)等。，以n个量子比特的实验为例来简要说明各个制备方法。一、时间平均法：需要先后重复运行实验2^n
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1次，最后将实验结果加在一起作为最后的实验结果，时间复杂度高，并需要核磁量子计算机具有较好的时间稳定性。二、空间平均法：需要多次使用脉冲梯度场(n个量子比特实验，需要n次梯度场)，且制备赝纯态的效率较低(信号强度以1/2^n的尺度下降)。三、控制传输法：需要多次使用脉冲梯度场。四、弛豫法：虽然该方法可以不用使用梯度场且能从任意初态出发，但是单次实验中需要多次(上百次)循环同一脉冲序列，单次实验时间长，且脉冲循环次数、循环间隙等待时间均需在实际核磁量子计算机上优化。五、Line
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selective方法：虽然该方法只需要一次梯度场，并且制备赝纯态效率高，但是对于同核的量子比特，梯度场无法消除该方法中产生的零阶相干项，导致无法在同核系统中制备出赝纯态。
[0004]因此，现有的赝纯态制备方法要么是需要采用梯度场，制备难度大且技术门槛较高，要么是需要长时间进行制备，制备效率且成本高。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：如何实现无需采用梯度场且可在较短时间内制备核磁共振量子计算系统的赝纯态。
[0006]本申请公开了基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法，所述赝纯态制备方法包括：
[0007]对核磁共振样品的热平衡态进行第一次幺正操作，得到第一量子态，所述第一量子态中除基态之外其他能量本征态的布居度相同；
[0008]对所述第一量子态进行第二次幺正操作，使所述第一量子态的密度矩阵中对角元所对应的核自旋极化分量由初始方向旋转至与预设方向平行且使非对角元所对应的核自旋极化分量旋转至与所述预设方向垂直，得到第二量子态；
[0009]利用射频线圈对所述第二量子态施加预定参数的射频场，进行非幺正操作，以将与所述预设方向垂直的核自旋极化分量消除，并保留与所述预设方向平行的核自旋极化分量，得到第三量子态，其中所述射频场的方向与所述预设方向垂直；
[0010]对所述第三量子态进行第三次幺正操作，以将所述第三量子态中的核自旋极化分量旋转至所述初始方向，得到核磁共振样品的赝纯态。
[0011]优选地，所述热平衡态为异核的两比特量子态或多比特量子态。
[0012]优选地，当所述核磁共振样品的热平衡态为两比特量子态时，所述初始方向为单量子比特在布洛赫球形式下的z方向，所述预设方向为单量子比特在布洛赫球形式下的y方向，所述射频场的方向为单量子比特在布洛赫球形式下的z方向，进行第一次幺正操作的方法为：采用选择性激发脉冲进行第一次幺正操作U1，以将热平衡态的密度矩阵中除基态之外的三个本征态对应的对角元调整为相同，得到第一量子态，所述第一量子态的密度矩阵中部分非对角元出现非零项，第一次幺正操作U1为：
[0013][0014]其中，α1和α2均为旋转系数。
[0015]优选地，所述第二次幺正操作的算符表示方式为：
[0016][0017]其中，
[0018]优选地，所述第三次幺正操作的算符表示方式为：
[0019][0020]优选地，所述预设参数包括预设射频场强度和预设持续作用时间。
[0021]优选地，所述核磁共振样品为亚磷酸二甲酯样品，所述热平衡态为亚磷酸二甲酯样品的1H核和
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P核的两比特量子态。
[0022]本申请还公开了一种基于射频场不均匀性的赝纯态制备装置，所述赝纯态制备装置包括：
[0023]第一次幺正操作模块，用于对预先构建得到的核磁共振样品的热平衡态进行第一次幺正操作，得到第一量子态，所述第一量子态中除基态之外的其他能量本征态的布居度相同；
[0024]第二次幺正操作模块，对所述第一量子态进行第二次幺正操作，使所述第一量子态的密度矩阵中对角元所对应的核自旋极化分量旋转至与预设方向平行且使非对角元所对应的核自旋极化分量旋转至所述预设方向垂直，得到第二量子态；
[0025]非幺正操作模块，用于利用射频线圈对所述第二量子态施加预定参数的射频场，进行非幺正操作，以将与所述预设方向垂直的非对角元所对应的核自旋极化分量消除，并保留与所述预设方向平行的对角元所对应的核自旋极化分量，得到第三量子态，其中所述射频场的方向与所述预设方向垂直；
[0026]第三次幺正操作模块，用于对所述第三量子态进行第三次幺正操作，以将所述对角元所对应的核自旋极化分量旋转至所述初始方向，得到核磁共振样品的赝纯态。
[0027]本申请还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有基于射频场不均匀性的赝纯态制备程序，所述赝纯态制备程序被处理器执行时实现上述的赝纯
态制备方法。
[0028]本申请还公开了一种计算机设备，所述计算机设备包括计算机可读存储介质、处理器和存储在所述计算机可读存储介质中的基于射频场不均匀性的赝纯态制备程序，所述赝纯态制备程序被处理器执行时实现上述的赝纯态制备方法。
[0029]本专利技术公开的一种基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法和赝纯态制备装置，相对于现有技术，具有如下技术效果：
[0030]该方法在不使用梯度场的情况下制备出赝纯态，有效地降低了制备难度，且相对于其他不使用梯度场的赝纯态制备法，所需的制备时间明显缩短。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的实施例一的基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法的流程图；
[0032]图2为本专利技术的实施例一的第一次幺正操作后的布居度变化示意图；
[0033]图3为本专利技术的实施例一的射频线圈与样品管配合使用状态图；
[0034]图4为现有技术中螺线管场强分布图；
[0035]图5为本专利技术的实施例一的在模拟射频控制脉冲下核自旋极化的变化图；
[0036]图6为本专利技术的实施例一的核磁共振样品的核自旋在布洛赫球中的示意图；
[0037]图7为本专利技术的实施例二的基于射频场不均匀性的赝纯态制备装置的原理框图；
[0038]图8为本专利技术的实施例四的计算机设备示意图。
具体实施方式
[0039]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法，其特征在于，所述赝纯态制备方法包括：对核磁共振样品的热平衡态进行第一次幺正操作，得到第一量子态，所述第一量子态中除基态之外其他能量本征态的布居度相同；对所述第一量子态进行第二次幺正操作，使所述第一量子态的密度矩阵中对角元所对应的核自旋极化分量由初始方向旋转至与预设方向平行且使非对角元所对应的核自旋极化分量旋转至与所述预设方向垂直，得到第二量子态；利用射频线圈对所述第二量子态施加预定参数的射频场，进行非幺正操作，以将与所述预设方向垂直的核自旋极化分量消除，并保留与所述预设方向平行的核自旋极化分量，得到第三量子态，其中所述射频场的方向与所述预设方向垂直；对所述第三量子态进行第三次幺正操作，以将所述第三量子态中的核自旋极化分量旋转至所述初始方向，得到核磁共振样品的赝纯态。2.根据权利要求1所述的基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法，其特征在于，所述热平衡态为异核的两比特量子态或多比特量子态。3.根据权利要求2所述的基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法，其特征在于，当所述核磁共振样品的热平衡态为两比特量子态时，所述初始方向为单量子比特在布洛赫球形式下的z方向，所述预设方向为单量子比特在布洛赫球形式下的y方向，所述射频场的方向为单量子比特在布洛赫球形式下的z方向，进行第一次幺正操作的方法为：采用选择性激发脉冲进行第一次幺正操作U1，以将所述热平衡态的密度矩阵中除基态之外的三个本征态对应的对角元调整为相同，得到第一量子态，所述第一量子态的密度矩阵中部分非对角元出现非零项，第一次幺正操作U1为：其中，α1和α2均为旋转系数。4.根据权利要求3所述的基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法，其特征在于，所述第二次幺正操作的算符表示方式为：其中，5.根据权利要求4所述的基于射频场不均匀性的赝纯态制备方法，其特征在于，所述第三次幺正操作的算符表示方式为：6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：林子栋，施巍，项金根，孟铁军，
申请(专利权)人：深圳量旋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：