一种实现伊辛模型的方法及装置制造方法及图纸

本文公开一种实现伊辛模型的方法及装置，包括：在离子阱系统中，将N组寻址的电磁场分别照射N个离子量子比特中的每一个离子量子比特，以利用每组电磁场形成的N个拍频成分非共振地耦合集体振动模式；调节每个离子量子比特上N个拍频成分的强度，以进行耦合系数的调整；其中，N个拍频成分中的至少两个拍频成分的拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外；拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外包括：拍频频率本身位于集体振动模式频谱范围之外；或，拍频频率扣除量子比特频率之后的部分的频率位于集体振动模式频谱范围之外。本发明专利技术实施例通过离子阱系统实现了具备可扩展性的、耦合系数任意可调的伊辛模型。任意可调的伊辛模型。任意可调的伊辛模型。

【技术实现步骤摘要】
一种实现伊辛模型的方法及装置


[0001]本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种实现伊辛模型的方法及装置。

技术介绍

[0002]众多具有实用价值的组合优化问题对于传统计算机属于NP完全问题，例如旅行商问题、最大割问题等，有效解决这些问题有望在金融、生物医药、新材料发现、人工智能等领域带来巨大的进步。
[0003]伊辛模型的基态解问题属于NP完全问题，解决了伊辛模型基态解问题就等于解决了传统计算机的NP问题，因为任意NP问题总可以在多项式时间内归约到一个NP完全问题。相关技术中解决伊辛模型基态解问题主要有三种策略：一是在经典的超级计算机上执行一些模拟算法，例如模拟退火算法等；二是构造经典的模拟计算机；三是使用绝热量子计算；其中，绝热量子计算的核心思想如下：某个问题的解存在于哈密顿量H
P
的基态，而另外一个哈密顿量H0的基态是容易制备的；那么可以将系统首先制备到H0的基态，然后依照绝热地改变哈密顿量，只要时间T足够大，那么在T时刻，系统就处于H
P
的基态，由此可以得到问题的解。基于绝热量子计算的量子退火算法已被用于解决伊辛模型的基态解问题。量子退火算法利用量子涨落，可以避免系统陷入局域最优解，从而加速收敛到全局最优解。具体来说，传统计算机的NP问题可以归约到求解以下伊辛模型的基态解：其中，J
ij
是自旋之间的耦合系数，σ
z
是泡利算符。利用量子计算机(量子模拟机)可以实现伊辛模型：
[0004][0005]通过调节横场项系数hr/>i
的大小实现绝热量子计算，即：初始时刻，将h
i
设置为无穷大，此时系统处于哈密顿量的基态；然后将h
i
缓慢减小到零；只要h
i
变化时间足够长，系统最终会绝热演化到H
P
的基态，从而完成了问题的求解。
[0006]不同的组合优化问题归约到伊辛模型时，自旋之间的连通结构可能是大相径庭的，因此实现耦合系数任意可调的伊辛模型，对于解决普适的组合优化问题具有重要意义，但相关技术无法实现耦合系数任意可调，或者是不具备可扩展性(即自旋数量受到限制)；如何实现耦合系数的任意可调，同时保持系统可扩展性，成为一个有待解决的问题。

技术实现思路

[0007]以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
[0008]本专利技术实施例提供一种实现伊辛模型的方法及装置，能够实现具备可扩展性的、耦合系数任意可调的伊辛模型。
[0009]本专利技术实施例提供了一种实现伊辛模型的方法，包括：
[0010]在离子阱系统中，将N组寻址的电磁场分别照射N个离子量子比特中的每一个离子量子比特，以利用每组电磁场形成的N个拍频成分非共振地耦合集体振动模式；
[0011]调节每个离子量子比特上N个拍频成分的强度，以进行耦合系数的调整；
[0012]其中，N个拍频成分中的至少两个拍频成分的拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外；拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外包括：拍频频率本身位于集体振动模式频谱范围之外；或，拍频频率扣除量子比特频率之后的部分的频率位于集体振动模式频谱范围之外。另一方面，本专利技术实施例还提供一种实现伊辛模型的装置，包括：照射单元和强度调整单元；其中，
[0013]照射单元设置为：将N组寻址的电磁场分别照射N个离子量子比特中的每一个离子量子比特，以利用每组电磁场形成的N个拍频成分非共振地耦合集体振动模式；
[0014]强度调整单元设置为：调节每个离子量子比特上N个拍频成分的强度，以进行耦合系数的调整；
[0015]其中，N个拍频成分中的至少两个拍频成分的拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外；拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外包括：拍频频率本身位于集体振动模式频谱范围之外；或，拍频频率扣除量子比特频率之后的部分的频率位于集体振动模式频谱范围之外。
[0016]本申请技术方案包括：在离子阱系统中，将N组寻址的电磁场分别照射N个离子量子比特中的每一个离子量子比特，以利用每组电磁场形成的N个拍频成分非共振地耦合集体振动模式；调节每个离子量子比特上N个拍频成分的强度，以进行耦合系数的调整；其中，N个拍频成分中的至少两个拍频成分的拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外；拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外包括：拍频频率本身位于集体振动模式频谱范围之外；或，拍频频率扣除量子比特频率之后的部分的频率位于集体振动模式频谱范围之外。本专利技术实施例通过离子阱系统实现了具备可扩展性的、耦合系数任意可调的伊辛模型。
[0017]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0018]附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。
[0019]图1为本专利技术实施例实现伊辛模型的方法的流程图；
[0020]图2为本专利技术应用示例硬件设置参数示意图；
[0021]图3为本专利技术应用示例拍频成分示意图；
[0022]图4是本专利技术应用示例离子量子比特能级结构示意图；
[0023]图5为本专利技术应用示例超精细量子比特能级的简要示意图；
[0024]图6为本专利技术应用示例一实现耦合处理的示意图；
[0025]图7为本专利技术应用示例另一实现耦合处理的示意图；
[0026]图8为本专利技术应用示例再一实现耦合处理的示意图；
[0027]图9为本专利技术应用示例还一实现耦合处理的示意图；
[0028]图10为本专利技术应用示例还一实现耦合处理的示意图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0030]在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0031]图1为本专利技术实施例实现伊辛模型的方法的流程图，如图1所示，包括：
[0032]步骤101、在离子阱系统中，将N组寻址的电磁场分别照射N个离子量子比特中的每一个离子量子比特，以利用每组电磁场形成的N个拍频成分非共振地耦合集体振动模式；
[0033]步骤102、调节每个离子量子比特上N个拍频成分的强度，以进行耦合系数的调整；
[0034]其中，N个拍频成分中的至少两个拍频成分的拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外；拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外包括：拍频频率本身位于集体振动模式频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现伊辛模型的方法，包括：在离子阱系统中，将N组寻址的电磁场分别照射N个离子量子比特中的每一个离子量子比特，以利用每组电磁场形成的N个拍频成分非共振地耦合集体振动模式；调节每个离子量子比特上N个拍频成分的强度，以进行耦合系数的调整；其中，N个拍频成分中的至少两个拍频成分的拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外；拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外包括：拍频频率本身位于集体振动模式频谱范围之外；或，拍频频率扣除量子比特频率之后的部分的频率位于集体振动模式频谱范围之外。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拍频包括：单色拍频或双色拍频；其中，所述单色拍频由两个频率成分构成。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁场包括激光或微波。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁场包括所述激光时，一组所述激光包括一对寻址激光；其中，一对所述寻址激光的传播方向包括：同向或非同向。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N个拍频成分中的至少两个拍频成分的拍频频率位于集体振动模式频谱范围之外，包括：所述N个拍频成分的拍...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨蒿翔，连文倩，姚麟，赵文定，
申请(专利权)人：华翊博奥北京量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：