一种使用量子计算机执行计算的方法，该方法包括：通过经典计算机将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过使用经典计算机调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；通过所述经典计算机将所述第一优化量子电路转换为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；通过使用所述经典计算机调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；以及在量子计算机上应用所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路来执行计算。第二优化量子电路来执行计算。第二优化量子电路来执行计算。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】囚禁离子量子计算机的优化电路编译器
[0001]本公开总体上涉及一种生成在量子计算机上运行的优化量子电路的方法，更具体地，涉及一种应用转化和优化规则来生成优化量子电路以使量子电路能够在实践中有效实现的方法。
技术介绍
[0002]在量子计算中，需要在计算过程中以近乎完美的控制，制备、操纵和测量(读出)类似于经典(数字)计算机中表示“0”和“1”的比特的量子位或量子比特。对量子比特的不完美控制会导致在计算过程中积累的错误，从而限制了能够执行可靠计算的量子计算机的规模。
[0003]被提出在其上构建大规模量子计算机的物理系统中，有一条被电磁场囚禁并悬浮在真空中的离子(即带电原子)链。这些离子具有内部超精细状态，这些内部超精细状态以几个GHz范围内的频率分开，并且可以用作量子比特的计算状态(称为“量子比特状态”)。这些超精细状态可以使用从激光器提供的辐射来控制，或者有时在本文中称为与激光束的相互作用。利用这种激光相互作用，离子可以被冷却到接近其运动基态。离子也可以高精度地光泵浦到两个超精细状态中的一个(量子比特的制备)，通过激光束在两个超精细状态之间进行操纵(单量子比特门操作)，并且在施加共振激光束时通过荧光检测到其内部超精细状态(读出量子比特)。可以使用激光脉冲通过量子比特状态相关的力可控地使一对离子纠缠(双量子比特门操作)，激光脉冲将离子耦合到囚禁离子链的集体运动模式，这些模式是由离子之间的库仑相互作用产生的。
[0004]在量子计算中，计算是作为作用于少量量子比特的量子逻辑门序列来执行的。需要设计该量子逻辑门序列(称为量子电路)，使得量子电路的实现在大规模量子计算中以期望的实际效率使用最少的资源。
技术实现思路
[0005]本公开的实施例提供一种使用量子计算机执行计算的方法。该方法包括：通过经典计算机将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过使用所述经典计算机调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；通过所述经典计算机将所述第一优化量子电路转化为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；通过使用所述经典计算机调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；以及在量子计算机上应用所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路来执行计算。
[0006]本公开的实施例还提供一种离子阱量子计算系统。所述离子阱量子计算系统包括：量子处理器，其包括多个量子比特，每个量子比特包括具有两个超精细状态的囚禁离子；一个或多个激光器，其被配置为发射被提供给所述量子处理器中的囚禁离子的第一拉
曼激光束和第二拉曼激光束；经典计算机，其被配置为执行操作，所述操作包括：将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；将所述第一优化量子电路转化为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；以及通过调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；和系统控制器，其被配置为执行控制程序以控制所述一个或多个激光器在所述量子处理器上执行操作，所述操作包括将所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路应用在所述量子处理器上以执行计算；以及测量所述量子处理器中的量子比特状态的布居。所述经典计算机被进一步配置为输出所测量的所述量子处理器中的量子比特状态的布居。
[0007]本公开的实施例还提供一种离子阱量子计算系统。所述离子阱量子计算系统包括：经典计算机；量子处理器，其包括多个量子比特，每个量子比特包括具有两个超精细状态的囚禁离子；系统控制器，其被配置为执行控制程序，以控制一个或多个激光器在所述量子处理器上执行操作；以及非易失性存储器，其具有存储在其中的多个指令，当由一个或多个处理器执行时，所述指令使所述离子阱量子计算系统执行操作，所述操作包括：通过所述经典计算机将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过使用所述经典计算机调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；通过所述经典计算机将所述第一优化量子电路转化为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；通过使用所述经典计算机调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；以及通过所述系统控制器在量子计算机上应用所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路以执行计算；通过所述系统控制器测量所述量子处理器中的量子比特状态的布居；以及通过所述经典计算机输出所测量的所述量子处理器中的量子比特状态的布居。
附图说明
[0008]为了能够详细理解本公开的上述特征，可以通过参照实施例对上文简要概括的本公开进行更具体的描述，在附图中例示了其中的一些实施例。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可以允许其他同样有效的实施例。
[0009]图1是根据一个实施例的离子阱量子计算机的局部视图。
[0010]图2描述了根据一个实施例的用于将离子限制在链中的离子阱的示意图。
[0011]图3A、图3B和图3C描述了五个囚禁离子的链的几个示意性的集体横向运动模式结构。
[0012]图4描述了根据一个实施例的囚禁离子链中的每个离子的示意性能量图。
[0013]图5描述了表示为布洛赫(Bloch)球表面上的点的离子的量子比特状态。
[0014]图6A和图6B描述了根据一个实施例的每个离子的运动边带谱和运动模式的示意图。
[0015]图7描述了根据一个实施例的预处理、转化和优化过程的流程图，其可用于将用传
统门集构造的已知量子电路直接转化为用TIQC门集构造的量子电路。
[0016]图8描述了根据一个实施例的优化过程的流程图，其可用于优化用标准TIQC门集构造的转化量子电路。
[0017]为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图共有的相同元件。在附图和以下描述中，使用包括X轴、Y轴和Z轴的正交坐标系。为了方便起见，图中箭头表示的方向被假定为正方向。可以想到，在一些实施例中公开的元件可以在其他实施方式中有益地使用，而无需特别陈述。
具体实施方式
[0018]在量子计算中，计算是作为作用于少量量子比特的量子逻辑门序列来执行的。该序列也被称为量子电路，可以用一组可用的通用量子逻辑门(以下简称为“门集”或“量子门集”)来实现。找到一种编译量子电路的方法使得量子电路的实现在大规模量子计算中以期望的实际效率使用最少的资源是有利的。
[0019]能够使用囚禁离子执行量子计算的整个系统将包括经典计算机、系统控制器和量子寄存器。经典计算机执行支持和系统控制任务，包括：通过使用诸如图形处理单元(GPU)的用户接口来选择要运行的量子算法；将所选择的量子算法本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用量子计算机执行计算的方法，所述方法包括：通过经典计算机将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过使用所述经典计算机调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；通过所述经典计算机将所述第一优化量子电路转化为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；通过使用所述经典计算机调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；以及在量子计算机上应用所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路以执行计算。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在转化所述第一量子电路之前，预处理所述第一量子电路。3.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：移除在所述第二量子电路中出现的[φ](π)门，或者将所述[φ](π)门传播到所述第二量子电路的末端。4.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：将一个[φ](π/2)门与另一个[φ'](π/2)门组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：减少[φ][φ'](π/2)门计数。6.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：将SWAP门传播到所述第二量子电路的末端。7.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：用[0][0](π/2)门交换ZZ(π/2)门。8.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：基于所述第二量子电路启动的初始化进一步减少门计数。9.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：基于所述第二量子电路结束的测量进一步减少门计数。10.一种离子阱量子计算系统，包括：量子处理器，其包括多个量子比特，每个量子比特包括具有两个超精细状态的囚禁离子；一个或多个激光器，其被配置为发射被提供给所述量子处理器中的囚禁离子的第一拉曼激光束和第二拉曼激光束；经典计算机，其被配置为执行操作，所述操作包括：将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；将所述第一优化量子电路转换为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路，以及通过调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量
子电路；和系统控制器，其被配置为执行控制程序，以控制所述一个或多个激光器在所述量子处理器上执行操作，所述操作包括：将所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路应用于所述量子处理器上以执行计算，以及测量所述量子处理器中量子比特状态的布居，其中所述经典计算机被进一步配置为输出所测量的所述量子处理器中量子比特状态的布居。11.根据权利要求10所述的离子阱量子计算系统，其中所述操作进一步包括：在转化所述第一量子电路之前，...
【专利技术属性】
技术研发人员：南运盛，
申请(专利权)人：爱奥尼克公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。