本發(fā)明涉及量子計算，尤其是涉及一種量子比特的校準方法、裝置、量子控制系統(tǒng)和量子計算機。

背景技術(shù)：

1、量子計算與量子信息是一門基于量子力學的原理來實現(xiàn)計算與信息處理任務(wù)的交叉學科，與量子物理、計算機科學、信息學等學科有著十分緊密的聯(lián)系。在最近二十年有著快速的發(fā)展。因數(shù)分解、無結(jié)構(gòu)搜索等場景的基于量子計算機的量子算法展現(xiàn)出了遠超越現(xiàn)有基于經(jīng)典計算機的算法的表現(xiàn)，也使這一方向被寄予了超越現(xiàn)有計算能力的期望。一般來說，每個量子比特可以包括一個或多個約瑟夫森結(jié)，約瑟夫森結(jié)與結(jié)并聯(lián)的電容器分流。量子比特電容耦合到2d或3d微波腔，與量子比特相關(guān)聯(lián)的電磁能存儲在約瑟夫森結(jié)中以及形成量子比特的電容和電感元件中。作為量子比特工作的實現(xiàn)，量子比特上耦合連接有磁通調(diào)制線，通常，磁通調(diào)制線提供的磁通調(diào)制信號調(diào)控與量子比特相關(guān)聯(lián)的電磁能，進而控制量子比特的工作性能。

2、由于量子計算在解決特定問題上具有遠超經(jīng)典計算機性能的發(fā)展?jié)摿Γ鵀榱藢崿F(xiàn)量子計算機，需要獲得一塊包含有足夠數(shù)量與足夠質(zhì)量量子比特的量子芯片，并且能夠?qū)α孔颖忍剡M行極高保真度的量子比特邏輯門操作與讀取。然而量子比特的量子比特頻率參數(shù)會隨環(huán)境波動，如果忽略這種波動，會導(dǎo)致量子比特邏輯門操作的保真度的下降，也會影響到讀取的效率。因此，量子芯片的參數(shù)，尤其量子比特頻率參數(shù)，需要定期校準，才能確保長期穩(wěn)定發(fā)揮最佳性能也就是量子算法的最佳執(zhí)行效果。由于量子比特會隨機且概率性出現(xiàn)頻率漂移，并且現(xiàn)有量子比特頻率校準的技術(shù)手段依賴于大量的人力和時間耗費，在大規(guī)模量子芯片應(yīng)用中不具備實用性。

3、因此，如何實現(xiàn)量子比特的自動校準功能，成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

4、需要說明的是，公開于本技術(shù)背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本技術(shù)一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種量子比特的校準方法、裝置、量子控制系統(tǒng)和量子計算機，用于解決現(xiàn)有量子比特頻率校準的技術(shù)手段依賴于大量的人力和時間耗費，在大規(guī)模量子芯片應(yīng)用中不具備實用性的問題。

2、為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種量子比特的校準方法，包括：

3、判斷待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移，所述工作點包括工作電壓以及與所述工作電壓對應(yīng)的量子比特頻率；

4、若發(fā)生漂移，則利用梯度優(yōu)化算法和ramsey實驗獲取所述待測量子比特的簡并點的漂移量；

5、基于所述待測量子比特的簡并點的漂移量校準所述待測量子比特的所有工作點。

6、可選地，所述判斷待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移，包括：

7、對所述待測量子比特在第一工作點與第二工作點時分別執(zhí)行ramsey實驗，其中，所述第一工作點與所述第二工作點為沿發(fā)生漂移前的簡并點對稱的兩個工作點；

8、基于兩次ramsey實驗的結(jié)果，判斷所述待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移。

9、可選地，所述基于兩次ramsey實驗的結(jié)果，判斷所述待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移，包括：

10、通過兩次ramsey實驗獲得兩個振蕩頻率；

11、基于兩個振蕩頻率的差值判斷所述待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移。

12、可選地，所述基于兩個振蕩頻率的差值判斷所述待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移，包括：

13、判斷所述兩個振蕩頻率的差值是否大于預(yù)設(shè)閾值；

14、若是，則判定所述待測量子比特的工作點發(fā)生漂移；

15、若否，則判定所述待測量子比特的工作點未發(fā)生漂移。

16、可選地，所述判斷待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移，包括：

17、分別獲取所述待測量子比特在第一工作點與第二工作點時的實際頻率大小，其中，所述第一工作點與所述第二工作點為沿發(fā)生漂移前的簡并點對稱的兩個工作點；

18、基于獲取的兩個實際頻率，判斷所述待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移。

19、可選地，所述利用梯度優(yōu)化算法和ramsey實驗獲取所述待測量子比特的簡并點的漂移量，包括：

20、對所述待測量子比特在第一工作點與第二工作點時分別執(zhí)行ramsey實驗，其中，所述第一工作點與所述第二工作點為沿發(fā)生漂移前的簡并點對稱的兩個工作點；

21、利用梯度優(yōu)化算法調(diào)整所述第一工作點的工作電壓值，使第一振蕩頻率的值與第二振蕩頻率的值的差值在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，并獲取此時所述第一工作點對應(yīng)的工作電壓值為校準后電壓，其中，所述第一振蕩頻率為所述待測量子比特在第一工作點時執(zhí)行ramsey實驗的結(jié)果，所述第二振蕩頻率為所述待測量子比特在第二工作點時執(zhí)行ramsey實驗的結(jié)果；

22、基于所述校準后電壓以及第二電壓獲取所述待測量子比特的簡并點的漂移量，其中，所述第二電壓為所述第二工作點對應(yīng)的工作電壓。

23、可選地，所述基于所述校準后電壓以及第一電壓獲取所述待測量子比特的簡并點的漂移量，包括：

24、基于所述校準后電壓以及所述第二電壓獲取所述待測量子比特的校準后的簡并點；

25、基于所述校準后的簡并點獲取所述待測量子比特的簡并點的漂移量。

26、可選地，所述利用梯度優(yōu)化算法調(diào)整所述第一工作點的工作電壓值，包括：

27、獲取當前完成更新所述第一工作點的工作電壓的次數(shù)n；

28、若所述次數(shù)n小于第一預(yù)設(shè)值，則基于第一電壓獲取第一猜測值，所述第一電壓為所述第一工作點在調(diào)整前的初始工作電壓，并根據(jù)所述第一電壓和預(yù)設(shè)的調(diào)整幅度，調(diào)整所述第一工作點的工作電壓的值為第一猜測值。

29、可選地，所述利用梯度優(yōu)化算法調(diào)整所述第一工作點的工作電壓值，還包括：

30、若所述次數(shù)n大于或等于所述第一預(yù)設(shè)值，則獲取所述第一電壓v0和當前猜測值v1，以及與所述第一電壓對應(yīng)的初始振蕩頻率f0、當前猜測值對應(yīng)的振蕩頻率f1；

31、根據(jù)所述第一電壓和所述當前猜測值v1，以及所述初始振蕩頻率f0和所述當前猜測值對應(yīng)的振蕩頻率f1，調(diào)整所述第一電壓的值為第二猜測值v2：

32、其中，f為所述第二振蕩頻率。

33、可選地，所述利用梯度優(yōu)化算法調(diào)整所述第一工作點的工作電壓值，還包括：

34、獲取與所述第二猜測值v2對應(yīng)的振蕩頻率f2；

35、判斷|f2-f|是否小于|f1-f|；

36、若是，則更新所述第一電壓v0為所述第二猜測值v2、所述初始振蕩頻率f0為f2。

37、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提出一種量子比特的校準裝置，包括：

38、判斷單元，用于判斷待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移，所述工作點包括工作電壓以及與所述工作電壓對應(yīng)的量子比特頻率；

39、優(yōu)化單元，用于在發(fā)生漂移時，利用梯度優(yōu)化算法和ramsey實驗獲取所述待測量子比特的簡并點的漂移量；

40、校準單元，用于基于所述待測量子比特的簡并點的漂移量校準所述待測量子比特的所有工作點。

41、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提出一種量子控制系統(tǒng)，利用上述特征描述中任一項所述的量子比特的校準方法對量子芯片進行校準，或包括上述特征描述中所述的量子比特的校準裝置。

42、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提出一種量子計算機，包括上述特征描述中所述的量子控制系統(tǒng)。

43、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提出一種可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被一處理器執(zhí)行時能實現(xiàn)上述特征描述中任一項所述的量子比特的校準方法。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

45、本發(fā)明提出的量子比特的校準方法，判斷待測量子比特的工作點是否發(fā)生漂移，所述工作點包括工作電壓以及與所述工作電壓對應(yīng)的量子比特頻率。若發(fā)生漂移，則利用梯度優(yōu)化算法和ramsey實驗獲取所述待測量子比特的簡并點的漂移量。基于所述待測量子比特的簡并點的漂移量校準所述待測量子比特的所有工作點。本技術(shù)的方案利用梯度優(yōu)化算法和ramsey實驗獲取所述待測量子比特的簡并點的漂移量，可有效實現(xiàn)對量子比特工作點的校準，并且僅需要對簡并點的漂移量進行測試，有效提高了量子比特的校準效率。

46、本發(fā)明提出的量子比特的校準裝置、量子控制系統(tǒng)、量子計算機以及可讀存儲介質(zhì)，與所述量子比特的校準方法屬于同一發(fā)明構(gòu)思，因此具有相同的有益效果，在此不做贅述。