一种构建量子纠缠逻辑门的方法及装置制造方法及图纸

本申请公开一种构建量子纠缠逻辑门的方法及装置，本公开实施例构建量子纠缠逻辑门的方法，对分段中的离子的每一个声子模式的自旋相关位移和每一对分段间积累的双量子比特相位进行预设运算，获得目标相关函数，将获得的目标相关函数转换为包含预设向量的目标函数，通过引入的预设向量提升了相位调制的量子纠缠逻辑门的计算速度，求解出目标函数的局域最优解后根据局域最优解对应的逻辑门保真度，进行是否根据获得的局域最优解构建逻辑门的处理，确保了构建的逻辑门可以满足保真度的要求，实现了适用大规模的离子阵列量子纠缠逻辑门

【技术实现步骤摘要】
一种构建量子纠缠逻辑门的方法及装置


[0001]本申请涉及但不限于量子计算机技术，其中涉及一种构建量子纠缠逻辑门的方法及装置
。

技术介绍

[0002]量子计算机是一种基于量子力学原理运行的通用计算设备，利用量子比特的量子叠加
、
量子纠缠等性质，在求解一些问题时能实现相比于传统计算机的大幅加速
。
量子计算机在未来的基础科学研究
、
材料和药物研发
、
人工智能和金融市场模拟等方面具有广泛的应用前景，因此受到了广泛关注
。
[0003]离子阱量子计算机利用囚禁在真空中的离子阵列作为量子比特，在量子比特全同性
、
相干时间
、
连通性
、
以及各种基本量子操作的保真度等方面具有优势，是最有可能实现量子计算机的平台之一
。
[0004]在离子阱量子计算机中，两个量子比特之间的双比特量子纠缠逻辑门
(two
‑
qubit quantum entangling gate)
，通常利用激光产生两个目标离子上的自旋相关力
(spin
‑
dependent force)
来实现
。
通过调节激光的振幅
、
频率或相位，可以控制目标离子的空间振动模式
(
声子模式
)
的演化，使得逻辑门结束时，目标离子的自旋状态与声子状态解耦，而两个目标离子的自旋状态之间积累产生量子纠缠所需的相位；其中，理论上设计最为简单的是振幅调制方法，可以为数百离子以上的大规模阵列设计高保真度的双比特量子纠缠逻辑门，但是在实验中实现准确的激光振幅调制则较为困难；另一方面，激光的频率或相位调制在实验中较为容易实现，但是理论设计大规模离子阵列的高保真度频率或相位调制的量子纠缠逻辑门
(quantum entangling gate)
则更为困难
。
此前，离子阱中频率或相位调制的量子纠缠逻辑门只在规模为数十个以下离子的阵列中得到设计，例如，相位调制的量子纠缠逻辑门设计，对于
60
离子的阵列将需要1小时以上的计算时间，且随着离子数指数增长
(
例如参考文献：
Sheng
‑
Chen Liu,Lin Cheng,Gui
‑
Zhong Yao,Ying
‑
Xiang Wang,
和
Liang
‑
You Peng,
高保真相位调制门在长链离子阱中的高效数值方法，物理评论
E 107
，
035304(2023)(Sheng
‑
Chen Liu,Lin Cheng,Gui
‑
Zhong Yao,Ying
‑
Xiang Wang,and Liang
‑
You Peng,Efficient numerical approach to high
‑
fidelity phase
‑
modulated gates in long chains of trapped ions,Phys.Rev.E 107,035304(2023)))
，将不适用于大规模的离子阵列
。
[0005]综上，如何减少相位调制的量子纠缠逻辑门的计算，实现可以适用大规模的离子阵列量子纠缠逻辑门，成为一个有待解决的问题
。

技术实现思路

[0006]以下是对本申请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
。
[0007]本公开实施例提供一种构建量子纠缠逻辑门的方法及装置，能够减少相位调制的
量子纠缠逻辑门的计算，实现适用于大规模离子阵列的量子纠缠逻辑门
。
[0008]本公开实施例提供了一种构建量子纠缠逻辑门的方法，包括：
[0009]将逻辑门分解为
n
个具有不同相位的分段后，对分段中的离子的每一个声子模式的自旋相关位移和每一对分段间积累的双量子比特相位进行预设运算，获得目标相关函数；
[0010]将获得的目标相关函数转换为包含预设向量的目标函数，其中，预设向量包括：第一向量和
/
或第二向量
[0011]确定目标函数对待优化参数的偏导数的目标函数偏导表达式，其中，待优化参数包括：逻辑门分解为
n
个不同相位分段的调制相位
[0012]对目标函数
、
目标函数偏导表达式和初始化的待优化参数进行求解，获得待优化参数的局域最优解；
[0013]根据获得的局域最优解对应的逻辑门保真度，确定是否根据获得的局域最优解构建逻辑门；
[0014]确定根据获得的局域最优解构建逻辑门时，根据获得的局域最优解构建逻辑门
。
[0015]另一方面，本公开实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述构建量子纠缠逻辑门的方法
。
[0016]再一方面，本公开实施例还提供一种终端，包括：存储器和处理器，所述存储器中保存有计算机程序；其中，
[0017]处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；
[0018]所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述构建量子纠缠逻辑门的方法
。
[0019]还一方面，本公开实施例还提供一种构建量子纠缠逻辑门的装置，包括：运算单元
、
转换单元
、
偏导单元
、
求解单元
、
处理单元和构建单元；其中，
[0020]运算单元设置为：将逻辑门分解为
n
个具有不同相位的分段后，对分段中的离子的每一个声子模式的自旋相关位移和每一对分段间积累的双量子比特相位进行预设运算，获得目标相关函数；
[0021]转换单元设置为：将获得的目标相关函数转换为包含预设向量的目标函数，其中，预设向量包括：第一向量和
/
或第二向量
[0022]偏导单元设置为：确定目标函数对待优化参数的偏导数的目标函数偏导表达式，其中，待优化参数包括：逻辑门分解为
n
个不同相位分段的调制相位
[0023]求解单元设置为：对目标函数
、
目标函数偏导表达式和初始化的待优化参数进行求解，获得待优化参数的局域最优解；
[0024]处理单元设置为：根据获得的局域最优解对应的逻辑门保真度，确定是否根据获得的局域最优解构建逻辑门；
[0025]构建单元设置为：确定根据获得的局域最优解构建逻辑门时，根据获得的局域最优解构建逻辑门
。
[0026]本公开实施例构建量子纠缠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种构建量子纠缠逻辑门的方法，其特征在于，包括：将逻辑门分解为
n
个具有不同相位的分段后，对分段中的离子的每一个声子模式的自旋相关位移和每一对分段间积累的双量子比特相位进行预设运算，获得目标相关函数；将获得的目标相关函数转换为包含预设向量的目标函数，其中，预设向量包括：第一向量和
/
或第二向量确定目标函数对待优化参数的偏导数的目标函数偏导表达式，其中，待优化参数包括：逻辑门分解为
n
个不同相位分段的调制相位对目标函数
、
目标函数偏导表达式和初始化的待优化参数进行求解，获得待优化参数的局域最优解；根据获得的局域最优解对应的逻辑门保真度，确定是否根据获得的局域最优解构建逻辑门；确定根据获得的局域最优解构建逻辑门时，根据获得的局域最优解构建逻辑门
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始化的待优化参数为所述的方法，其特征在于，所述初始化的待优化参数为其中，
θ0为随机实数
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初始化的待优化参数为时，所述方法还包括：扫描所述目标函数随
θ0的变化，确定
θ0在0到2π
范围的全局最小值点
θ
m
，将该全局最小值点
θ
m
赋值
θ0。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标相关函数，包括通过以下方法之一进行运算获得的函数：将计算逻辑门保真度的函数，整理为以所述自旋相关位移和所述双量子比特相位计算的函数；将计算逻辑门保真度的函数，整理为以所述自旋相关位移和所述双量子比特相位计算的函数后，将获得的该函数对预设因式求偏导数，获得的保真度偏导函数；对所述自旋相关位移和所述双量子比特相位进行求积分运算，获得的积分函数
。5.
根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述根据获得的局域最优解对应的逻辑门保真度，确定是否根据获得的局域最优解构建逻辑门，包括：所述局域最优解对应的逻辑门保真度大于或等于预先设定的保真度阈值时，确定根据获得的所述局域最优解构建逻辑门；所述局域最优解对应的逻辑门保真度小于所述保真度阈值时，按照预设策略调整逻辑门所用激光的一项以上参数，直至参数调整后获得的局域最优解对应的所述逻辑门保真度大于或等于所述保真度阈值时，确定根据参数调整后获得的局域最优解构建所述逻辑门；其中，所述逻辑门所用激光的参数包括以下一项或任意组合：逻辑门时间
T、

【专利技术属性】
技术研发人员：段路明，吴宇恺，
申请(专利权)人：合肥国家实验室，
类型：发明
国别省市：