量子计算系统中的门的最优校准技术方案

一种执行量子计算过程的方法，包括：通过经典计算机将多个逻辑量子位映射到量子处理器的多个物理量子位，使得多个量子电路可使用所述量子处理器的物理量子位来执行，并且使所述多个量子电路的总失真度最小化，其中每个物理量子位包括囚禁离子，并且所述多个量子电路中的每一个包括所述多个逻辑量子位内的多个单量子位门和多个双量子位门；通过系统控制器校准第一多对物理量子位内的双量子位门，使得降低所述第一多对物理量子位内的双量子位门的失真度；通过在所述多个物理量子位上施加激光脉冲，每个激光脉冲在所述多个量子电路中的每一个中引起单量子位门操作和双量子位门操作，来在所述量子处理器上执行所述多个量子电路；在所述量子处理器上执行所述多个量子电路之后，通过所述系统控制器测量在所述量子处理器中所述物理量子位的量子位状态的布居；以及通过所述经典计算机输出所测得的所述物理量子位的量子位状态的布居，作为所述多个量子电路的执行结果，其中所述多个量子电路的执行结果被配置为显示在用户界面上，存储在所述经典计算机的存储器中，或者传输到另一计算设备

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子计算系统中的门的最优校准
[0001]政府许可权利
[0002]本专利技术是在美国国家标准与技术研究所授予的
70NANB 16H168
号美国政府支持下完成的
。
美国政府对这项专利技术享有某些权利
。


[0003]本公开一般涉及一种在量子计算系统中执行计算的方法，更具体地，涉及一种优化用于校准量子门操作的资源的方法，以在包括一组囚禁离子的量子计算系统内执行一系列量子门操作
。

技术介绍

[0004]在被提议用来建立大规模量子计算机的物理系统中，有被电磁场囚禁并悬浮在真空中的一组离子
(
例如，带电原子
)。
这些离子具有内部超精细态，这些超精细态由几
GHz
范围内的频率隔开，并且可以用作量子位的计算状态
(
称为“量子位状态”)。
这些超精细态可以使用激光器提供的辐射来控制，或者在本文中有时称为与激光束的相互作用
。
利用这种激光相互作用，离子可以被冷却到接近其运动基态
。
离子也可以被高精度地光泵送到两个超精细态中的一个
(
量子位的制备
)
，通过激光束在两个超精细态之间被操纵
(
单量子位门操作
)
，并且在应用谐振激光束时通过荧光检测其内部超精细态
(
读出量子位
)。
可以使用激光脉冲通过依赖于量子位状态的力使一对离子可控地纠缠
(
双量子位门操作
)
，该激光脉冲使离子耦合到一组囚禁离子的集体运动模式，该集体运动模式由离子间库仑相互作用产生
。
通常，当离子
(
或粒子
)
的对或组被产生
、
相互作用或空间接近，使得每个离子的量子态无法独立于其他离子的量子态进行描述时，即使离子相距很远距离时，也会发生纠缠
。
[0005]在这样的量子计算系统中，可以通过执行单量子位门操作和双量子位门操作的集合来执行量子计算
。
尽管已经建立了应用量子计算的这些基本构建块的方法，但在量子计算系统中的硬件中，存在由于控制参数
(
例如要应用于量子位的激光脉冲的频率或振幅
)
的错误校准而导致的控制误差
。
这些控制误差主要是由于缺乏关于离子将如何相互作用以及量子计算系统内量子计算硬件的特性的知识
。
因此，需要校正
(
即校准
)
量子计算系统中的控制参数，以执行可靠且可扩展的量子计算
。
然而，校准通常需要对量子位进行重复测量，以在量子计算系统的控制参数的相当大的参数空间上收集统计数据
。
因此，校准可能是一项昂贵且耗时的任务
。
[0006]因此，需要一种在量子计算中可接受误差范围内最小化用于校准控制参数的资源的方法
。

技术实现思路

[0007]本公开的实施例提供了一种执行量子计算过程的方法
。
该方法包括：通过经典计算机将多个逻辑量子位映射到量子处理器的多个物理量子位，使得多个量子电路可使用所述量子处理器的物理量子位来执行，并且使所述多个量子电路的总失真度最小化，其中每
个物理量子位包括囚禁离子，并且所述多个量子电路中的每一个包括所述多个逻辑量子位内的多个单量子位门和多个双量子位门；通过系统控制器校准第一多对物理量子位中的双量子位门，使得降低所述第一多对物理量子位中的所述双量子位门的失真度；通过在所述多个物理量子位上施加激光脉冲，每个激光脉冲在所述多个量子电路中的每个量子电路中引起单量子位门操作和双量子位门操作，来在所述量子处理器上执行所述多个量子电路；在所述量子处理器上执行所述多个量子电路之后，通过所述系统控制器测量在所述量子处理器中所述物理量子位的量子位状态的布居
(population)
；以及通过所述经典计算机输出所测得的所述物理量子位的量子位状态的布居，作为所述多个量子电路的执行结果，其中所述多个量子电路的执行结果被配置为显示在用户界面上，存储在所述经典计算机的存储器中，或者传输到另一计算设备
。
[0008]本公开的实施例还提供了一种量子计算系统
。
所述量子计算系统包括：量子处理器，其包括多个物理量子位，其中每个物理量子位包括囚禁离子；经典计算机，其被配置为将多个逻辑量子位映射到所述多个物理量子位，使得多个量子电路可使用所述物理量子位来执行，并且所述多个量子电路的总失真度被最小化，其中所述多个量子电路中的每一个量子电路包括在所述多个逻辑量子位内的多个单量子位门和多个双量子位门；以及系统控制器，其被配置为校准第一多对物理量子位内的双量子位门，使得降低所述第一多对物理量子位内的所述双量子位门的失真度，通过在所述多个物理量子位上施加激光脉冲，每个激光脉冲在所述多个量子电路中的每个量子电路中引起单量子位门操作和双量子位门操作，来在所述量子处理器上执行所述多个量子电路，并且在所述量子处理器上执行所述多个量子电路之后测量所述量子处理器中所述物理量子位的量子位状态的布居，其中所述经典计算机还被配置为输出所测得的所述物理量子位的量子位状态的布居，作为所述多个量子电路的执行结果，其中所述多个量子电路的执行结果被配置为显示在用户界面上，存储在所述经典计算机的存储器中，或者传输到另一计算设备
。
[0009]本公开的实施例进一步提供了一种量子计算系统，包括非易失性存储器，其中存储有多个指令
。
当由一个或多个处理器执行时，所述多个指令使所述量子计算系统执行操作，所述操作包括：由经典计算机将多个逻辑量子位映射到量子处理器的多个物理量子位，使得多个量子电路可使用所述量子处理器的物理量子位来执行，并且使所述多个量子电路的总失真度最小化，其中每个物理量子位包括囚禁离子，并且所述多个量子电路中的每一个包括所述多个逻辑量子位内的多个单量子位门和多个双量子位门；通过系统控制器校准第一多对物理量子位内的双量子位门，使得降低所述第一多对物理量子位内的所述双量子位门的失真度；通过在所述多个物理量子位上施加激光脉冲，每个激光脉冲在所述多个量子电路中的每个量子电路中引起单量子位门操作和双量子位门操作，来在所述量子处理器上执行所述多个量子电路；在所述量子处理器上执行所述多个量子电路之后，通过所述系统控制器测量在所述量子处理器中所述物理量子位的量子位状态的布居；并且通过所述经典计算机输出所测得的所述物理量子位的量子位状态的布居，作为所述多个量子电路的执行结果，其中所述多个量子电路的执行结果被配置为显示在用户界面上，存储在所述经典计算机的存储器中，或者传输到另一计算设备
。
附图说明
[0010]为了能够详细地理解本专利技术的上述特征，可以通过参考实施例来获得上文简要总结的本专利技术的更具体描述，其中一些实施例在附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种执行量子计算过程的方法，该方法包括：通过经典计算机将多个逻辑量子位映射到量子处理器的多个物理量子位，使得多个量子电路可使用所述量子处理器的物理量子位来执行，并且使所述多个量子电路的总失真度最小化，其中每个物理量子位包括囚禁离子，并且所述多个量子电路中的每一个包括所述多个逻辑量子位内的多个单量子位门和多个双量子位门；通过系统控制器校准第一多对物理量子位内的双量子位门，使得降低所述第一多对物理量子位内的所述双量子位门的失真度；通过在所述多个物理量子位上施加激光脉冲，每个激光脉冲在所述多个量子电路中的每个量子电路中引起单量子位门操作和双量子位门操作，来在所述量子处理器上执行所述多个量子电路；在所述量子处理器上执行所述多个量子电路之后，通过所述系统控制器测量在所述量子处理器中所述物理量子位的量子位状态的布居；以及通过所述经典计算机输出所测得的所述物理量子位的量子位状态的布居，作为所述多个量子电路的执行结果，其中所述多个量子电路的执行结果被配置为显示在用户界面上，存储在所述经典计算机的存储器中，或者传输到另一计算设备
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中校准所述第一多对物理量子位内的双量子位门包括：通过所述系统控制器测量所述第一多对物理量子位的量子位状态的布居；并且通过所述系统控制器调整要施加到所述第一多对物理量子位的中的每对物理量子位的激光脉冲的振幅和频率，以校正所测得的所述第一多对物理量子位的量子位状态的布居的误差
。3.
根据权利要求1所述的方法，还包括：通过所述经典计算机基于所述多个量子电路计算多个电路图，每个电路图具有表示所述多个逻辑量子位的多个顶点和每个表示成对的所述多个逻辑量子位之间的双量子位门的多条边
。4.
根据权利要求3所述的方法，还包括：通过所述经典计算机计算所述多个电路图的最紧凑累积超图；和通过所述经典计算机基于所计算的所述多个电路图的最紧凑累积超图计算所述第一多对物理量子位
。5.
根据权利要求3所述的方法，还包括：通过所述经典计算机以预定速率用第三多个电路图之一替换第二多个电路图之一，其中所述多个电路图包括所述第二多个电路图和所述第三多个电路图；通过所述经典计算机基于所述第二多个电路图中的一对电路图生成一对电路图来添加到所述第二多个电路图中；通过所述经典计算机计算所述多个电路图的最紧凑累积超图；和通过所述经典计算机基于所计算的包括所述第二多个电路图的最紧凑累积超图计算所述第一多对物理量子位
。
6.
根据权利要求1所述的方法，其中所述第一多对物理量子位的数量小于预定的校准预算
。7.
一种量子计算系统，包括：量子处理器，其包括多个物理量子位，其中每个物理量子位包括囚禁离子；经典计算机，其被配置为将多个逻辑量子位映射到所述多个物理量子位，使得多个量子电路可使用所述物理量子位来执行，并且所述多个量子电路的总失真度被最小化，其中所述多个量子电路中的每一个包括在所述多个逻辑量子位内的多个单量子位门和多个双量子位门；以及系统控制器，其被配置为：校准第一多对物理量子位内的双量子位门，使得降低所述第一多对物理量子位内的所述双量子位门的失真度；通过在所述多个物理量子位上施加激光脉冲，每个激光脉冲在所述多个量子电路中的每一个中引起单量子位门操作和双量子位门操作，来在所述量子处理器上执行所述多个量子电路，并且在所述量子处理器上执行所述多个量子电路之后测量所述量子处理器中所述物理量子位的量子位状态的布居，其中所述经典计算机还被配置为：输出所测得的所述物理量子位的量子位状态的布居，作为所述多个量子电路的执行结果，其中所述多个量子电路的执行结果被配置为显示在用户界面上，存储在所述经典计算机的存储器中，或者传输到另一计算设备
。8.
根据权利要求7所述的量子计算系统，其中校准所述第一多对物理量子位内的双量子位门包括：通过所述系统控制器测量所述第一多对物理量子位的量子位状态的布居；并且通过所述系统控制器调整要施加到所述第一多对物理量子位中的每对物理量子位的激光脉冲的振幅和频率，以校正所测得的所述第一多对物理量子位的量子位状态的布居的误差
。9.
根据权利要求7所述的量子计算系统，其中所述经典计算机还被配置为：基于所述多个量子电路计算多个电路图，每个电路图具有表示所述多个逻辑量子位的多个顶点和每个表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：马里兰大学，
类型：发明
国别省市：