使用混合声电量子比特的容错量子硬件制造技术

使用混合声电量子比特实现一种容错量子计算机。控制电路包括带有不对称螺纹的超导量子干涉装置(ATS)，所述带有不对称螺纹的超导量子干涉装置通过驱动机械谐振子的存储模式而在所述机械谐振子中激发声子并且经由耦合到所述控制电路的开路传输线耗散来自所述机械谐振子的声子，其中所述开路传输线被配置为吸收来自所述控制电路的转储模式的光子。吸收来自所述控制电路的转储模式的光子。吸收来自所述控制电路的转储模式的光子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用混合声电量子比特的容错量子硬件

技术介绍

[0001]量子计算利用量子物理定律来处理信息。量子物理学是一种在基本层面上描述现实行为的理论。它是目前唯一能够始终如一地预测光子、分子、原子和电子等微观量子物体的行为的物理理论。
[0002]量子计算机是一种利用量子力学来允许写入、存储、处理和读出以量子态(例如量子对象的状态)编码的信息的装置。量子对象是根据量子物理定律表现的物理对象。物理对象的状态是在给定时间对该对象的描述。
[0003]在量子力学中，两能级量子系统的状态，或简称为量子比特，是两个复数的列表，其中复数的绝对值之和必须为一。这两个数字中的每一个都称为振幅或准概率。振幅的平方给出可能为负的概率。因此，这两个数字中的每一个分别对应于事件零和事件一将发生的平方根。概率比特(例如传统的零比特或一比特)与量子比特之间的基本且违反直觉的区别是，概率比特表示缺少关于两能级经典系统的信息，而量子比特包含关于两能级量子系统的最多信息。
[0004]量子计算机就是基于这样的量子比特(量子比特)，量子比特可能会经历“叠加”和“纠缠”的现象。叠加允许量子系统同时处于多个状态。例如，经典计算机基于零或一的比特，而量子比特可能同时是零和一，但分配给零和一的概率不同。纠缠是量子粒子之间的强相关性，因此即使相距很远，量子粒子也密不可分地联结在一起。
[0005]量子算法是以期望和受控的方式作用于量子比特的可逆变换，然后是对一个或多个量子比特的测量。例如，如果系统有两个量子比特，变换可能会修改四个数字；对于三个量子比特，这就变成了八个数字，依此类推。因此，量子算法作用于由量子比特的数量决定的呈指数级增长的数字的列表。为了实现变换，例如，变换可以被分解成作用于单个量子比特或一组量子比特的小操作。这样的小操作可以称为量子门，并且用于实现变换的门的布置可以形成量子电路。
[0006]量子计算机中可以使用不同类型的量子比特，每种都有不同的优点和缺点。例如，一些量子计算机可能包括由超导体、俘获离子、半导体、光子学等构建的量子比特。每个量子比特都可能经历不同程度的干扰、错误和退相干。此外，一些量子比特可能对生成特定类型的量子电路或量子算法更有用，而另一些量子比特可能对生成其他类型的量子电路或量子算法更有用。此外，成本、运行时间、错误率、错误率、可用性等可能因量子计算技术而异。
[0007]对于某些类型的量子计算，例如大规模量子算法的容错计算，执行此类量子计算的开销成本可能很高。例如，对于不是自然容错的量子门类型，可以以纠错码来编码量子门。然而，这可能会增加实现大规模量子算法所需的量子比特的开销。此外，执行连续的量子门、对量子电路的测量等可能会引入量子电路中的错误概率和/或量子电路的测量结果。
附图说明
[0008]图1A示出根据一些实施方案的包括纳米机械线性谐振子和带有不对称螺纹的超导量子干涉装置(ATS)的系统，所述系统被配置为实现混合声电量子比特。
[0009]图1B示出根据一些实施方案的混合声电量子比特的存储模式(a)和转储模式(b)的建模，其中对于明显大于双声子耦合率(g2)的大能量衰减率(Kb)，转储模式可以被绝热地消除，使得混合声电量子比特可以被建模为具有单声子衰减率(K1)并且通过具有双声子衰减率(K2)的双声子驱动驱动。
[0010]图2示出根据一些实施方案的表示一维声子晶体缺陷谐振子(PCDR)的福斯特网络。
[0011]图3示出根据一些实施方案的包括多个纳米机械线性谐振子和带有不对称螺纹的超导量子干涉装置(ATS)的系统，所述系统被配置为对经由所述多个纳米机械线性谐振子实现的混合声电量子比特提供多模式稳定。
[0012]图4示出根据一些实施方案的包括多个纳米机械线性谐振子和带有不对称螺纹的超导量子干涉装置(ATS)的系统，所述系统被配置为对经由所述多个纳米机械线性谐振子实现的混合声电量子比特提供多模式稳定，其中微波滤波器抑制相关衰减过程。
[0013]图5示出根据一些实施方案的使用带有不对称螺纹的超导量子干涉装置(ATS)稳定纳米机械谐振子的过程。
[0014]图6示出根据一些实施方案的使用多路复用ATS来稳定多个纳米机械谐振子的过程。
[0015]图7示出根据一些实施方案的当测量一组量子比特的输入错误时发生的数据错误，其中数据错误导致多个不同的校正子。
[0016]图8示出根据一些实施方案的对重复码的逻辑的测量以及用于测量重复码的逻辑的对应电路。
[0017]图9示出根据一些实施方案的用于制备Q＝SHS的电路，其中CNOT门是单个物理CNOT并且如果测量结果是
‑
1则应用
[0018]图10示出根据一些实施方案的用于制备S的电路，其中CNOT门是单个物理CNOT并且如果测量结果是
‑
1则应用
[0019]图11A示出根据一些实施方案的用于使用托佛利魔法态注入来实现逻辑托佛利门的电路，其中测量X和Z基。
[0020]图11B示出根据一些实施方案的基于图11A所示电路的Z和X测量基应用的克利福德纠错表。
[0021]图12示出根据一些实施方案的用于使用横向CNOT门和S门实现逻辑CZ门的电路。
[0022]图13示出根据一些实施方案的用于制备计算基态|ψ1>的电路。
[0023]图14示出根据一些实施方案的用于使用受控g
A
门实现托佛利魔法态制备的第一步的电路，其中使用STOP算法执行一轮或多轮纠错(EC)。
[0024]图15示出根据一些实施方案的用于实现托佛利魔法态制备的第二步的电路，其中g
A
测量重复的次数对应于码距离(d)减一除以二，其中在各轮测量g
A
之间执行一轮重复码稳定子测量，并且其中如果检错测量或g
A
测量中的任一者是非平凡的，则协议被中止并重新开始。
[0025]图16示出根据一些实施方案使计算基态|ψ1>从第一码距离(d1)增长到第二码距离(d2)。
[0026]图17示出根据一些实施方案的用于测量码距离为三的计算基态|ψ1>的g
A
的电路。
[0027]图18示出根据一些实施方案的用于使用标志量子比特测量计算基态|ψ1>的g
A
的另选电路。
[0028]图19A示出根据一些实施方案的使用GHZ态制备的距离5重复码的g
A
测量的实现方式。
[0029]图19B示出根据一些实施方案的用于实施图19A中所示的g
A
测量的等效电路。
[0030]图20A示出根据一些实施方案的用于实施STOP算法的协议的高级步骤。
[0031]图20B示出根据一些实施方案的用于确定STOP算法中使用的参数(ndiff)的高级步骤。
[0032]图21示出根据一些实施方案的用于使用STOP算法使重复码从第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，所述系统包括：机械线性谐振子；以及控制电路，所述控制电路与所述机械线性谐振子耦合，其中所述控制电路被配置为稳定所述机械线性谐振子的任意相干态叠加(猫态)以存储量子信息，其中为了稳定所述任意猫态，所述控制电路被配置为：通过驱动所述机械线性谐振子的存储模式而在所述机械线性谐振子中激发声子；以及经由耦合到所述控制电路的开路传输线来耗散来自所述机械线性谐振子的声子，所述开路传输线被配置为吸收来自所述控制电路的转储模式的光子。2.如权利要求1所述的系统，其中所述控制电路包括：与所述机械线性谐振子耦合的带有不对称螺纹的超导量子干涉装置(ATS)。3.如权利要求2所述的系统，所述系统还包括：耦合到所述控制电路的一个或多个额外的机械线性谐振子，其中所述控制电路被配置为经由单个ATS和单个开路传输线稳定所述机械线性谐振子和所述一个或多个额外的机械线性谐振子的相应猫态。4.如权利要求3所述的系统，其中相应机械线性谐振子的所述存储模式被去谐，使得供应到所述相应机械线性谐振子的所述声子是以非相干方式供应。5.如权利要求4所述的系统，其中所述相应机械线性谐振子的泵浦隔开大于所述相应机械线性谐振子的双声子耗散率的频率带宽。6.如权利要求5所述的系统，其中所述控制电路还包括：一个或多个微波滤波器，所述一个或多个微波滤波器被配置为滤除相关衰减项，所述相关衰减项如果没有被滤除则导致所述机械线性谐振子中的两个或更多个机械线性谐振子的存储模式的同时相位翻转。7.如权利要求2至6中任一项所述的系统，其中所述控制电路还包括：高阻抗电感器，所述高阻抗电感器用作耦合到所述机械线性谐振子的所述ATS的一部分。8.如权利要求7所述的系统，其中所述高阻抗电感器包括：平面曲折或双螺旋电感器；具有一个或多个空气桥的螺旋电感器；约瑟夫森结阵列；或具有高动态电感的薄膜超导体。9.如权利要求2至8中任一项所述的系统，其中所述机械线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：亚马逊科技公司，
类型：发明
国别省市：