本發(fā)明涉及量子計(jì)算，尤其是涉及一種優(yōu)化量子比特cz門的方法、系統(tǒng)以及量子計(jì)算機(jī)。

背景技術(shù)：

1、量子計(jì)算與量子信息是一門基于量子力學(xué)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算與信息處理任務(wù)的交叉學(xué)科，與量子物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息學(xué)等學(xué)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(wú)結(jié)構(gòu)搜索等場(chǎng)景的基于量子計(jì)算機(jī)的量子算法展現(xiàn)出了遠(yuǎn)超越現(xiàn)有基于經(jīng)典計(jì)算機(jī)的算法的表現(xiàn)，也使這一方向被寄予了超越現(xiàn)有計(jì)算能力的期望。由于量子計(jì)算在解決特定問(wèn)題上具有遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算機(jī)性能的發(fā)展?jié)摿?，而為了?shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)，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(jìn)行極高保真度的量子邏輯門操作與讀取。量子芯片之于量子計(jì)算機(jī)就相當(dāng)于cpu之于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，量子芯片是量子計(jì)算機(jī)的核心部件，量子芯片就是執(zhí)行量子計(jì)算的處理器。每一片量子芯片在正式上線使用前，均需要對(duì)量子芯片中量子比特的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試表征。

2、與經(jīng)典比特類似地，在利用量子比特執(zhí)行量子計(jì)算時(shí)，不可避免地需要對(duì)量子比特施加量子比特邏輯門，對(duì)于量子比特而言，量子比特邏輯門實(shí)際上指的是一系列的調(diào)控信號(hào)，這些調(diào)控信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)準(zhǔn)確與否對(duì)于量子比特而言非常重要。量子比特邏輯門主要由單量子比特邏輯門和兩量子比特邏輯門這兩類構(gòu)成，兩量子比特邏輯門包括但不限于cnot門、交換門、cz門等。以cz門為例，通過(guò)調(diào)節(jié)相鄰兩個(gè)量子比特的工作頻率以實(shí)現(xiàn)cz門，具體的，通過(guò)量子比特的z線上施加的脈沖信號(hào)調(diào)節(jié)工作頻率。然而，隨著量子比特?cái)?shù)量的擴(kuò)展，量子比特的z線上施加的調(diào)節(jié)工作頻率的脈沖信號(hào)會(huì)由于串?dāng)_引起畸變，影響對(duì)量子比特的頻率調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度，進(jìn)而使得cz門的保真度降低。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，為了確保cz門的保真度，需要先對(duì)兩個(gè)量子比特的z線進(jìn)行波形畸變的測(cè)試和校準(zhǔn)操作，每個(gè)量子比特的波形畸變測(cè)試和校準(zhǔn)操作都需要消耗不少的時(shí)間，極大的影響了量子計(jì)算機(jī)的執(zhí)行效率。

4、需要說(shuō)明的是，公開(kāi)于本技術(shù)背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本技術(shù)一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)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(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)化量子比特cz門的方法、系統(tǒng)以及量子計(jì)算機(jī)，用于獲得一種執(zhí)行度較高的cz門。

2、一種優(yōu)化量子比特cz門的方法，包括：

3、使相鄰的兩個(gè)量子比特處于工作點(diǎn)，關(guān)閉相鄰的兩個(gè)量子比特之間的耦合器；

4、施加脈沖信號(hào)至所述耦合器，獲得與所述耦合器連接的兩個(gè)量子比特均為|1>態(tài)的占據(jù)概率與脈沖信號(hào)的關(guān)系；其中，所述脈沖信號(hào)用于調(diào)節(jié)所述耦合器的工作頻率，所述脈沖信號(hào)為高頻信號(hào)且為準(zhǔn)單頻，作為高頻信號(hào)且為準(zhǔn)單頻的脈沖信號(hào)滿足向耦合器提供|0，2>或|2，0>與|1，1>的能量差；

5、兩個(gè)相鄰的量子比特使用ramsey實(shí)驗(yàn)獲得條件相位與所述脈沖信號(hào)的關(guān)系；

6、獲得滿足占據(jù)概率大于第一設(shè)定值且條件相位θcontrol＝π時(shí)脈沖信號(hào)的參數(shù)。

7、可選的，關(guān)閉相鄰的兩個(gè)量子比特之間的耦合器，包括：

8、調(diào)整第三量子比特的能級(jí)以遠(yuǎn)離與第一量子比特以及第二量子比特的能級(jí)，獲取連接所述第一量子比特與所述第二量子比特的第一可調(diào)耦合器的耦合強(qiáng)度，耦合強(qiáng)度小于第二設(shè)定值時(shí)，第一可調(diào)耦合器的磁通大小為第一磁通；第三量子比特為量子芯片中與第一量子比特或第二量子比特近鄰的量子比特；

9、將所述第一可調(diào)耦合器的磁通設(shè)置為所述第一磁通，并將所述第三量子比特的能級(jí)設(shè)置到初始狀態(tài)，獲取連接所述第三量子比特與其近鄰的第一量子比特或第二量子比特的第二可調(diào)耦合器的耦合強(qiáng)度，耦合強(qiáng)度小于第二設(shè)定值時(shí)，所述第二可調(diào)耦合器的磁通大小為第二磁通；

10、將所述第一可調(diào)耦合器的磁通大小設(shè)置為第一磁通，所述第二可調(diào)耦合器的磁通大小設(shè)置為第二磁通，以關(guān)斷所述第一量子比特、所述第二量子比特以及所述第三量子比特之間的耦合。

11、可選的，在將所述第一可調(diào)耦合器的磁通大小設(shè)置為第一磁通，所述第二可調(diào)耦合器的磁通大小設(shè)置為第二磁通后，還包括：

12、獲取所述第一量子比特與所述第二量子比特之間的耦合強(qiáng)度，若此時(shí)所述第一量子比特與所述第二量子比特之間的耦合強(qiáng)度大于第二設(shè)定值時(shí)，則更新所述第一磁通的值，并返回執(zhí)行所述將所述第一可調(diào)耦合器的磁通大小設(shè)置為第一磁通，所述第二可調(diào)耦合器的磁通大小設(shè)置為第二磁通。

13、可選的，所述施加脈沖信號(hào)至所述耦合器，獲得與所述耦合器連接的兩個(gè)量子比特均為|1>態(tài)的占據(jù)概率與脈沖信號(hào)的關(guān)系，包括：

14、使相鄰的兩個(gè)量子比特均處于|1>態(tài)，向所述耦合器施加脈沖信號(hào)，獲得占據(jù)概率與脈沖信號(hào)激發(fā)時(shí)間的關(guān)系；

15、脈沖信號(hào)激發(fā)設(shè)定時(shí)間，繪制占據(jù)概率與脈沖信號(hào)參數(shù)的關(guān)系圖像；所述脈沖信號(hào)參數(shù)包括幅值參數(shù)和頻率參數(shù)。

16、可選的，獲得占據(jù)概率與脈沖信號(hào)激發(fā)時(shí)間的關(guān)系是通過(guò)直接測(cè)量對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)激發(fā)時(shí)間的占據(jù)概率。

17、可選的，所述兩個(gè)相鄰的量子比特使用ramsey實(shí)驗(yàn)獲得條件相位θcontrol與所述脈沖信號(hào)的關(guān)系，包括：

18、使相鄰的兩個(gè)量子比特均處于|0>態(tài)|，對(duì)其中一個(gè)量子比特進(jìn)行x/2反轉(zhuǎn)操作，施加的脈沖信號(hào)使得所述的兩個(gè)量子比特發(fā)生耦合，施加脈沖信號(hào)持續(xù)設(shè)定時(shí)間后對(duì)進(jìn)行反轉(zhuǎn)操作的量子比特進(jìn)行量子過(guò)程層析操作，獲得反轉(zhuǎn)操作的量子比特|0>態(tài)和|1>態(tài)的各時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相位差θ，繪制脈沖信號(hào)激發(fā)設(shè)定時(shí)間內(nèi)所述相位差θ與脈沖信號(hào)參數(shù)的關(guān)系圖像；所述脈沖信號(hào)參數(shù)包括幅值參數(shù)和頻率參數(shù)；

19、兩個(gè)所述量子比特分別進(jìn)行x/2反轉(zhuǎn)操作，對(duì)應(yīng)獲得各時(shí)間點(diǎn)的相位差分別為θ1和θ2；

20、將兩個(gè)相位差做差獲得條件相位θcontrol＝θ1-θ2，繪制條件相位θcontrol與所述脈沖信號(hào)參數(shù)的關(guān)系圖像。

21、可選的，所述獲得滿足占據(jù)概率大于第一設(shè)定值且條件相位θcontrol＝π時(shí)脈沖信號(hào)的參數(shù)，所述參數(shù)包括頻率參數(shù)和幅值參數(shù)，包括：

22、將脈沖信號(hào)中的所述頻率參數(shù)設(shè)置為頻率固定值，所述幅值參數(shù)為可變值；根據(jù)占據(jù)概率與脈沖信號(hào)的關(guān)系和條件相位θcontrol與所述脈沖信號(hào)的關(guān)系獲得占據(jù)概率大于第一設(shè)定值且條件相位θcontrol＝π時(shí)對(duì)應(yīng)的幅值確定值；

23、將脈沖信號(hào)中的所述幅值參數(shù)設(shè)置為所述幅值確定值，所述頻率參數(shù)為可變值；根據(jù)占據(jù)概率與脈沖信號(hào)的關(guān)系和條件相位θcontrol與所述脈沖信號(hào)的關(guān)系獲得占據(jù)概率大于第一設(shè)定值且條件相位θcontrol＝π時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率確定值。

24、可選的，所述獲得滿足占據(jù)概率大于第一設(shè)定值且條件相位θcontrol＝π時(shí)脈沖信號(hào)的參數(shù)，所述參數(shù)包括頻率參數(shù)和幅值參數(shù)，包括：

25、將脈沖信號(hào)中的所述幅值參數(shù)設(shè)置為幅值固定值，所述頻率參數(shù)為可變值；根據(jù)占據(jù)概率與脈沖信號(hào)的關(guān)系和條件相位θcontrol與所述脈沖信號(hào)的關(guān)系獲得占據(jù)概率大于第一設(shè)定值且條件相位θcontrol＝π時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率確定值；

26、將脈沖信號(hào)中的所述頻率參數(shù)設(shè)置為所述頻率確定值，所述幅值參數(shù)為可變值；根據(jù)占據(jù)概率與脈沖信號(hào)的關(guān)系和條件相位θcontrol與所述脈沖信號(hào)的關(guān)系獲得占據(jù)概率大于第一設(shè)定值且條件相位θcontrol＝π時(shí)對(duì)應(yīng)的幅值確定值。

27、可選的，所述脈沖信號(hào)φp(t)＝a(t)cos(ωinputt+φ)中，所述幅值參數(shù)a(t)為可變值時(shí)，幅值函數(shù)a(t)滿足：

28、

29、參數(shù)λ1、λ2、λ3，....λ2i、λ2i+1值通過(guò)nelder?mead算法進(jìn)行優(yōu)化，，ta為門寬。

30、可選的，所述脈沖信號(hào)φp(t)＝a(t)cos(ωinputt+φ)中，所述頻率參數(shù)ωinput為可變值時(shí)，所述頻率參數(shù)ωinput滿足脈沖信號(hào)向耦合器提供|0，2>或|2，0>與|1，1>的能量差。

31、一種優(yōu)化量子比特cz門的系統(tǒng)，包括：

32、耦合關(guān)斷模塊，用于在相鄰的量子比特之間位于工作點(diǎn)后，關(guān)閉相鄰量子比特之間的耦合器；

33、獲取占據(jù)概率與脈沖信號(hào)關(guān)系模塊，用于在施加脈沖信號(hào)至所述耦合器后，獲得與所述耦合器連接的兩個(gè)量子比特均為|1>態(tài)的占據(jù)概率與脈沖信號(hào)的關(guān)系；其中，所述脈沖信號(hào)用于調(diào)節(jié)所述耦合器的工作頻率；

34、ramsey模塊，用于獲得兩個(gè)相鄰的量子比特的條件相位與所述脈沖信號(hào)的關(guān)系；

35、參數(shù)確定模塊，用于獲得滿足占據(jù)概率大于第一設(shè)定值且條件相位θcontrol＝π時(shí)脈沖信號(hào)的參數(shù)。

36、一種量子控制系統(tǒng)，利用如上述優(yōu)化量子比特cz門的方法優(yōu)化量子比特cz門的系統(tǒng)。

37、一種量子計(jì)算機(jī)，包括如上所述的量子控制系統(tǒng)。

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

39、基于本技術(shù)的方法，并且其中所述脈沖信號(hào)為高頻信號(hào)且為準(zhǔn)單頻，作為高頻信號(hào)且為準(zhǔn)單頻的脈沖信號(hào)滿足向耦合器提供|0，2>或|2，0>與|1，1>的能量差；所述脈沖信號(hào)為高頻脈沖且?guī)缀鯙閱晤l，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)方案中向量子比特輸入的平頂高斯波經(jīng)過(guò)傅里葉變換后有多個(gè)頻率成分，本技術(shù)中線路引起的脈沖失真可以忽略，可節(jié)約畸變校準(zhǔn)所消耗的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)執(zhí)行度較高的cz門。

40、本發(fā)明提出的量子比特的參數(shù)門執(zhí)行系統(tǒng)、量子控制系統(tǒng)、量子計(jì)算機(jī)以及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，與所述優(yōu)化量子比特cz門的方法屬于同一發(fā)明構(gòu)思，因此具有相同的有益效果，在此不做贅述。