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：基于线选法对样品的热平衡态进行操作得到近似赝纯态，近似赝纯态的密度矩阵的次对角元非彼此相同和/或近似赝纯态的密度矩阵的非对角元中出现非零项；交替进行发射预设射频脉冲至样品、停止发射预设射频脉冲至样品并维持停止发射预设射频脉冲至样品的时长达到预设时长，以使样品的近似赝纯态转变为赝纯态，预设射频脉冲用于调换近似赝纯态的密度矩阵的次对角元的相互位置，赝纯态的密度矩阵的非对角元为零，且赝纯态的密度矩阵的次对角元彼此相同。该方法兼顾了赝纯态制备过程的效率、保真度以及制备难度。保真度以及制备难度。保真度以及制备难度。

【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(PRA 57，3348)、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
‑
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]为了提高效率，基于线选法(Line
‑
selective)的制备方法可以通过一次梯度场和多个脉冲操作来制备得到赝纯态，但是该方法对各个脉冲操作的要求较高，即赝纯态的保真度主要取决于各个脉冲操作的质量。

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：如何兼顾赝纯态制备过程的效率、保真度以及制备难度。
[0006]本申请公开了一种赝纯态的制备方法，所述制备方法包括：
[0007]步骤S1：基于线选法对样品的热平衡态进行操作得到近似赝纯态，所述近似赝纯态的密度矩阵的次对角元非彼此相同和/或所述近似赝纯态的密度矩阵的非对角元中出现非零项；
[0008]步骤S2：交替进行发射预设射频脉冲至所述样品、停止发射所述预设射频脉冲至所述样品并维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长，以使所述样品的近似赝纯态转变为赝纯态，所述预设射频脉冲用于调换所述近似赝纯态的密度矩阵的次对角元的相互位置，所述赝纯态的密度矩阵的非对角元为零，且所述赝纯态的密度矩阵的次对角元彼此相同。
[0009]可选地，在步骤S1中，所述基于线选法对样品的热平衡态进行操作得到近似赝纯态包括：
[0010]发射第一射频脉冲至所述样品，所述第一射频脉冲用于对所述热平衡态进行第一次幺正操作，得到具有第一密度矩阵的第一过渡态，所述第一密度矩阵的非对角元中出现非零项，所述非零项包括零阶相干项和/或非零阶相干项；
[0011]施加梯度场至所述样品并在维持预定时长后停止施加所述梯度场，所述梯度场用于消除所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零项，以得到近似赝纯态。
[0012]可选地，所述第一密度矩阵的次对角元非彼此相同。
[0013]可选地，当所述样品的量子比特均为异核量子比特时，所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零阶相干项和零阶相干项均被所述梯度场消除。
[0014]可选地，当所述样品的量子比特中含有同核量子比特时，所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零阶相干项被所述梯度场消除且零阶相干项未被所述梯度场消除。
[0015]可选地，所述制备方法还包括：
[0016]交替进行发射转换射频脉冲至所述样品、施加梯度场至所述样品并在维持特定时长停止施加所述梯度场，所述转换射频脉冲用于将所述第一密度矩阵的非对角元中出现的全部或部分零阶相干项转换为非零阶相干项，所述梯度场用于将转换得到的所述非零阶相干项消除，以得到近似赝纯态。
[0017]可选地，重复进行步骤S2多次；在每一次进行步骤S2时，先发射预设射频脉冲至所述样品，接着停止发射所述预设射频脉冲至所述样品并维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长；或者，在每一次进行步骤S2时，先停止发射所述预设射频脉冲至所述样品并维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长，接着发射预设射频脉冲至所述样品。
[0018]可选地，在步骤S2维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长的过程中，处于近似赝纯态的所述样品利用自发的驰豫过程将所述近似赝纯态的密度矩阵的非对角元中出现的非零项变为零。
[0019]可选地，在步骤S2维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长的过程中，处于近似赝纯态的所述样品利用自发的退相位驰豫过程。
[0020]可选地，在步骤S2中，在维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长的过程中，所述样品利用自发的退极化驰豫过程来调整所述近似赝纯态的密度矩阵的次对角元的大小。
[0021]可选地，所述预设时长在(0，1]秒中选取，所述预定时长在(0，20]毫秒范围内选取，所述特定时长在(0，20]毫秒范围内选取，且所述特定时长和所述预定时长不同。
[0022]本申请还公开了一种核磁共振量子计算机的计算方法，所述计算方法包括：
[0023]制备赝纯态，所述制备赝纯态的方法为上述所述的制备方法；和
[0024]在制备赝纯态之后，发射射频脉冲到所述样品、并采集来自所述样品的探测信号，以进行量子计算；
[0025]其中，所述射频脉冲用于改变所述样品的量子比特的能级结构。
[0026]本申请还公开了一种核磁共振量子计算机，包括：
[0027]样品，具有至少两个量子比特；
[0028]梯度场控制单元，用于施加梯度场至所述样品；
[0029]射频控制单元，用于发射射频脉冲至所述样品，以及采集来自所述样品的探测信号；
[0030]当制备赝纯态时，所述梯度场控制单元用于施加梯度场至所述样品且所述射频控制单元用于发射射频脉冲至所述样品，以基于线选法对所述样品的热平衡态进行操作得到
近似赝纯态，所述近似赝纯态的密度矩阵中的次对角元非彼此相同和/或所述近似赝纯态的密度矩阵的非对角元中出现非零项；
[0031]在得到所述近似赝纯态后，所述射频控制单元用于交替进行发射预设射频脉冲至所述样品、停止发射所述预设射频脉冲至所述样品并维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长，以使所述样品的近似赝纯态转变为赝纯态，所述预设射频脉冲用于调换所述近似赝纯态的密度矩阵的次对角元的相互位置，所述赝纯态的密度矩阵的非对角元为零，且所述赝纯态的密度矩阵的次对角元彼此相同。
[0032]本专利技术公开的赝纯态的制备方法、核磁共振量子计算机及其计算方法，相对于现有技术，具有如下技术效果：
[0033]由于在线选法步骤之后结合采用了射频脉冲和弛豫过程来保证赝纯态的保真度，因此可以降低线选法的各个步骤的执行难度，从而兼顾了制备过程的效率、保真度以及制备难度。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的实施例一的赝纯态的本文档来自技高网...

【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，所述制备方法包括：步骤S1：基于线选法对样品的热平衡态进行操作得到近似赝纯态，所述近似赝纯态的密度矩阵的次对角元非彼此相同和/或所述近似赝纯态的密度矩阵的非对角元中出现非零项；步骤S2：交替进行发射预设射频脉冲至所述样品、停止发射所述预设射频脉冲至所述样品并维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长，以使所述样品的近似赝纯态转变为赝纯态，所述预设射频脉冲用于调换所述近似赝纯态的密度矩阵的次对角元的相互位置，所述赝纯态的密度矩阵的非对角元为零，且所述赝纯态的密度矩阵的次对角元彼此相同。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S1中，所述基于线选法对样品的热平衡态进行操作得到近似赝纯态包括：发射第一射频脉冲至所述样品，所述第一射频脉冲用于对所述热平衡态进行第一次幺正操作，得到具有第一密度矩阵的第一过渡态，所述第一密度矩阵的非对角元中出现非零项，所述非零项包括零阶相干项和/或非零阶相干项；施加梯度场至所述样品并在维持预定时长后停止施加所述梯度场，所述梯度场用于消除所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零项，以得到近似赝纯态。3.如权利要求1所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，所述第一密度矩阵的次对角元非彼此相同。4.如权利要求2所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，当所述样品的量子比特均为异核量子比特时，所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零阶相干项和零阶相干项均被所述梯度场消除。5.如权利要求2所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，当所述样品的量子比特中含有同核量子比特时，所述第一密度矩阵的非对角元中出现的非零阶相干项被所述梯度场消除且零阶相干项未被所述梯度场消除。6.如权利要求5所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：交替进行发射转换射频脉冲至所述样品、施加梯度场至所述样品并在维持特定时长停止施加所述梯度场，所述转换射频脉冲用于将所述第一密度矩阵的非对角元中出现的全部或部分零阶相干项转换为非零阶相干项，所述梯度场用于将转换得到的所述非零阶相干项消除，以得到近似赝纯态。7.如权利要求1所述的赝纯态的制备方法，其特征在于，重复进行步骤S2多次；在每一次进行步骤S2时，先发射预设射频脉冲至所述样品，接着停止发射所述预设射频脉冲至所述样品并维持停止发射所述预设射频脉冲至所述样品的时长达到预设时长；或者，在每一次进行步骤S2时，先停止发射所述预设射频脉冲至所述样品并维持停...

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