赝纯态的制备方法、核磁共振量子计算机及其计算方法技术

本发明专利技术公开了一种赝纯态的制备方法、核磁共振量子计算机及其计算方法。赝纯态的制备方法包括：发射第一射频脉冲到样品，第一射频脉冲用于对样品的热平衡态进行第一幺正操作，得到具有第一密度矩阵的第一过渡态，第一密度矩阵中的次对角元彼此相同，且第一密度矩阵的非对角元中出现非零项；停止发射第一射频脉冲到样品、且维持停止发射射频脉冲给到样品的时间达第一预设时间，以得到样品的赝纯态。该方法在不使用梯度场的情况下，利用样品自身的弛豫过程制备出赝纯态，有效地降低了制备赝纯态的难度。难度。难度。

【技术实现步骤摘要】
赝纯态的制备方法、核磁共振量子计算机及其计算方法


[0001]本专利技术属于量子信息或/和核磁共振
，具体地讲，涉及一种赝纯态的制备方法、核磁共振量子计算机及其计算方法。

技术介绍

[0002]在核磁共振量子计算中，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(PRA57，3348)、空间平均法(PNAS 94，1634)、控制传输法(PRA 82，032315)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(信号强度以的尺度下降)。三、控制传输法：需要多次使用脉冲梯度场。
[0004]因此，现有的赝纯态制备方法通常需要采用梯度场，制备难度大且技术门槛较高。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种赝纯态的制备方法、核磁共振量子计算机及其计算方法。尤其地，本专利技术要解决的技术问题之一是：如何实现无需采用梯度场且可在较低难度的技术条件下制备出核磁共振量子计算系统的赝纯态。
[0006]本申请公开了一种赝纯态的制备方法，包括：
[0007]步骤S1：发射第一射频脉冲到样品，所述第一射频脉冲用于对所述样品的热平衡态进行第一幺正操作，得到具有第一密度矩阵的第一过渡态，其中，所述第一密度矩阵中的次对角元彼此相同，且所述第一密度矩阵的非对角元中出现非零项；
[0008]步骤S2：停止发射所述第一射频脉冲到所述样品、且维持停止发射射频脉冲给到所述样品的时间达第一预设时间，以得到所述样品的赝纯态。
[0009]可选地，在步骤S2中，处于第一过渡态的所述样品利用自发的驰豫过程将所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零项变为零。
[0010]可选地，在步骤S2中，处于第一过渡态的所述样品利用自发的退相位驰豫过程将所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零项变为零。
[0011]可选地，在步骤S2中，所述样品利用自发的驰豫过程由第一过渡态变到赝纯态。
[0012]可选地，所述第一预设时间在(0，1]秒中选取。
[0013]可选地，所述第一预设时间在(0，200]毫秒、或(0，300]毫秒、或(0，400]毫秒、或(0，500]毫秒、或[50，400]毫秒中选取。
[0014]可选地，所述第一预设时间为50毫秒、或100毫秒、或150毫秒、或200毫秒、或250毫
秒、或300毫秒、或350毫秒、或400毫秒、或450毫秒、或500毫秒、或550毫秒、或600毫秒。
[0015]可选地，所述第一预设时间为步骤S2中第一密度矩阵的非对角元中出现的非零项都变为零所需要的时间。
[0016]可选地，处于第一过渡态的所述样品在等待第一预设时间之后，得到具有第二密度矩阵的第二过渡态，所述第二密度矩阵的非对角元均为零。
[0017]可选地，在执行步骤S1与步骤S2后，所述赝纯态的制备方法还包括：
[0018]步骤S3：发射第二射频脉冲到所述样品，对所述样品进行第二幺正操作，用以调换所述第二密度矩中的次对角元的相互位置；
[0019]步骤S4：停止发射所述第二射频脉冲到所述样品、且维持停止发射射频脉冲给到所述样品的时间达第二预设时间。
[0020]可选地，在步骤S4中，所述样品利用自发的退极化驰豫过程来调整所述第二密度矩阵的次对角元的大小。
[0021]可选地，重复步骤S3与步骤S4多次。
[0022]可选地，执行步骤S3与步骤S4一次或多次后，所述样品从所述第二过渡态变为赝纯态。
[0023]可选地，所述第二过渡态为赝纯态，执行步骤S3与执行步骤S4，用于提高所述赝纯态的保真度。
[0024]可选地，所述第二预设时间与所述第一预设时间相同或不同。
[0025]可选地，各次步骤S4中的第二预设时间均相同、或各不相同、或不完全相同。
[0026]可选地，所述赝纯态的密度矩阵中的非对角元为零，所述赝纯态的密度矩阵中的次对角元彼此相同。
[0027]可选地，所述赝纯态的密度矩阵中的次对角元的大小满足公式：
[0028][0029]其中，x
i
用于表示次对角元，m用于表示次对角元的个数，且m为大于等于3的自然数，1≤i≤m且i为自然数，X用于表示主对角元。
[0030]可选地，所述赝纯态的密度矩阵中的非对角元的模值大小满足公式：
[0031][0032]其中，D用于表示任一非对角元，|D|表示模值，x
i
用于表示次对角元，m用于表示次
对角元的个数，且m为大于等于3的自然数，1≤i≤m且i为自然数，X用于表示主对角元。
[0033]可选地，所述赝纯态为量子信息处理系统的赝纯态或核磁共振系统的赝纯态。
[0034]可选地，所述赝纯态为核磁共振量子计算系统的赝纯态，所述样品为具有至少两个量子比特的样品。
[0035]可选地，当所述样品为具有两个量子比特的核磁共振样品时，所述第一幺正操作为：
[0036][0037]其中，β1和β2均为旋转系数。
[0038]可选地，当所述样品为具有两个量子比特的核磁共振样品时，所述第二幺正操作为：
[0039][0040]可选地，当所述样品为具有三个量子比特的核磁共振样品时，所述第一幺正操作为：
[0041][0042]其中，β1、β2、β3、β4、β5、β6均为旋转系数。
[0043]可选地，当所述样品为具有三个量子比特的核磁共振样品时，所述第二幺正操作为：
[0044][0045]可选地，所述赝纯态的制备方法为核磁共振量子计算机的赝纯态的制备方法，所述核磁共振量子计算机包括磁体、射频控制单元和所述样品，所述磁体用于产生恒定磁场，所述恒定磁场用于控制和操作所述样品中自旋核的磁矩，所述射频控制单元用于发射射频脉冲给所述样品以及采集来自所述样品的探测信号；
[0046]在步骤S1中，所述射频控制单元用于发射所述第一射频脉冲到所述样品；
[0047]在步骤S2中，所述射频控制单元停止发射所述第一射频脉冲到所述样品，且，所述射频控制单元维持停止发射射频脉冲给到所述样品的时间达第一预设时间。
[0048]可选地，所述赝纯态的制备方法为核磁共振量子计算机的赝纯态的制备方法，所述核磁共振量子计算机包括磁体、射频控制单元和所述样品，所述磁体用于产生恒定磁场，
所述恒定磁场用于控制和操作所述样品中自旋核的磁矩，所述射频控制单元用于发射射频脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种赝纯态的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1：发射第一射频脉冲到样品，所述第一射频脉冲用于对所述样品的热平衡态进行第一幺正操作，得到具有第一密度矩阵的第一过渡态，其中，所述第一密度矩阵中的次对角元彼此相同，且所述第一密度矩阵的非对角元中出现非零项；步骤S2：停止发射所述第一射频脉冲到所述样品、且维持停止发射射频脉冲给到所述样品的时间达第一预设时间，以得到所述样品的赝纯态。2.如权利要求1所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，处于第一过渡态的所述样品利用自发的驰豫过程将所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零项变为零。3.如权利要求2所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，处于第一过渡态的所述样品利用自发的退相位驰豫过程将所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零项变为零。4.如权利要求2所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述样品利用自发的驰豫过程由第一过渡态变到赝纯态。5.如权利要求1所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，所述第一预设时间在(0，1]秒中选取。6.如权利要求5所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，所述第一预设时间在(0，200]毫秒、或(0，300]毫秒、或(0，400]毫秒、或(0，500]毫秒、或[50，400]毫秒中选取。7.如权利要求5所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，所述第一预设时间为50毫秒、或100毫秒、或150毫秒、或200毫秒、或250毫秒、或300毫秒、或350毫秒、或400毫秒、或450毫秒、或500毫秒、或550毫秒、或600毫秒。8.如权利要求2或3所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，所述第一预设时间为步骤S2中第一密度矩阵的非对角元中出现的非零项都变为零所需要的时间。9.如权利要求1所述的赝纯态的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：林子栋，冯冠儒，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：