本公開的至少一種實施例涉及量子計算，更具體地涉及一種量子信息處理系統(tǒng)。

背景技術：

1、在量子信息領域，基于中性原子、離子、量子點和準粒子等有潛力的量子信息系統(tǒng)在量子網絡、量子計算、量子模擬、量子精密測量等領域具有巨大的優(yōu)勢。在各種量子信息處理系統(tǒng)中，如何搭建系統(tǒng)架構是一個關鍵的問題，另外，在特定的系統(tǒng)架構中，找到并定位某特定比特或者特定的比特子集（群組），解決任意尋址、并對其進行操控、測量、寫入和讀出等，是一個關鍵性的問題。

2、基于中性原子、離子、量子點、準粒子等的量子信息處理系統(tǒng)中，核心是用中性原子、離子、量子點、準粒子等在空間排布成陣列，在過去的這種點陣式的量子操控架構中，由二維聲光偏轉器（2d-aod）負責尋址、并進行操控，然后由電子倍增的光電耦合器件（emccd）或互補金屬氧化物半導體（cmos）進行測量（包括讀出），這種方案中會分別在尋址、操控和測量（包括讀出）三個方面出現問題。

3、相關量子信息處理系統(tǒng)中在尋址和操控方面存在的問題有：第一，數量為n2的比特（陣列格點）由二維聲光偏轉器進行尋址和操控時，二維聲光偏轉器中的可調自由度僅為2n，無法實現對任意量子比特和量子比特子集的選擇性操控；第二，電學信號頻率通道為任意波形時，波形的非單色性會導致聲光偏轉器(aod)的衍射光晃動，這一現象會對量子比特的操控造成一定的影響；第三，物理比特的系統(tǒng)兼容性差，僅可對處于一維直線上的比特或二維平面內處于同一行或同一列上的比特進行尋址和操控。

4、相關量子信息處理系統(tǒng)中在測量（包括讀出）方面存在的問題有：第一，電子倍增的光電耦合器件（emccd）和互補金屬氧化物半導體（cmos）存在一個與曝光時間無關的本底噪聲，使得其探測過程的時間無法被縮短，且探測效率較低；第二，電子學的傳輸時間較長，這對于需要執(zhí)行反饋的量子信息處理過程來說會有極大的限制。

技術實現思路

1、為解決現有技術中的所述以及其他方面的至少一種技術問題，本公開提供一種量子信息處理系統(tǒng)，能夠實現對量子比特陣列中的一個量子比特或量子比特的集合進行尋址、操控與測量，能夠實現多個量子比特的并行操控與聯(lián)合測量，提高量子比特的讀寫速度。

2、根據本公開的一個方面，提供了一種量子信息處理系統(tǒng)，包括：

3、光學調制器，適用于對由激光器產生的初始激光束進行調制，產生一維光斑陣列；

4、第一光斑映射組件，適用于將上述一維光斑陣列映射為第一光斑陣列；

5、量子比特陣列，具有與上述第一光斑陣列相匹配的分布形式，并適用于被上述第一光斑陣列激發(fā)產生呈陣列形式分布的熒光信號，使得上述熒光信號組成第一點光源陣列；

6、第二光斑映射組件，適用于基于上述第一點光源陣列獲得上述量子比特陣列中每個量子比特的空間位置，并將上述第一點光源陣列映射為一維點光源陣列；

7、探測陣列，適用于將上述一維點光源陣列中的多個光信號轉換為多個第一電信號；

8、其中，上述第一光斑陣列中的每個光斑的中心位置以及上述第一點光源陣列中的每個點光源的中心位置均與上述量子比特陣列中每個量子比特的空間位置一一對應，以實現對上述量子比特陣列中的一個量子比特或量子比特的集合進行尋址、操控與測量。

9、根據本公開的實施例，上述量子信息處理系統(tǒng)還包括控制組件，適用于輸出控制上述光學調制器的電信號，以調制上述初始激光束的振幅、相位，從而控制上述一維光斑陣列和上述第一光斑陣列的振幅、相位，進而改變上述量子比特陣列的量子態(tài)演化；

10、其中，上述電信號包括多個子波，每個上述子波對應一個頻率分量，通過對多個上述子波的幅度和相位進行調制，實現對每個上述量子比特的量子態(tài)的獨立調控。

11、根據本公開的實施例，上述探測陣列包括多個探測單元，每個上述探測單元適用于將每個上述光信號轉換為上述第一電信號，以實現對每個上述光信號的探測，從而實現每個上述量子比特的探測；

12、其中，上述熒光信號與上述探測單元的第一映射關系滿足，上述第一映射關系包括一一對應、多對一以及m對n中的任一種，q為{1,2，…，n}的任意子集，q為任意量子比特集合，j為q集合中的一個元素，，j為整數，m>1，1<n<m，m和n均為整數。

13、根據本公開的實施例，上述量子信息處理系統(tǒng)還包括：

14、測量組件，適用于將多個上述第一電信號轉化為多個數字信號，上述第一電信號與上述數字信號之間的映射關系滿足一一對應；

15、處理器，適用于量子計算、量子模擬以及量子網絡中的時序控制與算法處理、量子線路的實時反饋與錯誤糾正、執(zhí)行動態(tài)量子線路中的前饋操作以及經典信息的處理。

16、根據本公開的實施例，上述第二光斑映射組件被構造成通過調控上述第一點光源陣列中每個上述點光源的映射參數，使得上述第一點光源陣列映射至一維點光源陣列，從而通過上述測量組件實現多個上述量子比特的聯(lián)合測量。

17、根據本公開的實施例，上述一維光斑陣列與上述第一光斑陣列之間的第二映射關系包括靜態(tài)映射關系和動態(tài)映射關系中的任一種；和/或

18、上述第一光斑陣列與上述量子比特陣列的分布形式之間的第三映射關系包括靜態(tài)映射關系和動態(tài)映射關系中的任一種；和/或

19、上述量子比特陣列的分布形式與上述第一點光源陣列之間的第四映射關系包括靜態(tài)映射關系和動態(tài)映射關系中的任一種。

20、根據本公開的實施例，上述量子比特陣列的分布形式包括一維不等間距陣列分布、二維陣列分布以及三維陣列分布中的任一種。

21、根據本公開的實施例，上述量子比特陣列包括物質比特體系，上述物質比特體系包括中性原子、離子阱、量子點以及準原子中的任一種。

22、根據本公開的實施例，上述第一光斑映射組件和第二光斑映射組件均適用于作為上述量子比特的光接口，上述第一點光源陣列與上述一維點光源通過上述光接口耦合，以實現上述量子比特的狀態(tài)與上述第一點光源陣列發(fā)出的光子的量子態(tài)的相互轉換。

23、根據本公開的實施例，上述光接口適用于作為量子網絡中量子節(jié)點與上述通信光纖陣列之間耦合的光接口，以實現上述量子節(jié)點的互聯(lián)；上述光接口還適用于作為量子中繼器與上述通信光纖陣列之間的接口，使得上述量子中繼器能夠執(zhí)行偏振編碼和量子糾錯操作。

24、根據本公開的實施例，上述第一光斑映射組件和上述第二光斑映射組件均包括以下任一種：空間光相位調制器、光學芯片以及聲學芯片；

25、上述第一光斑映射組件和上述第二光斑映射組件均還包括以下任一或組合：光纖陣列、透鏡以及光柵。

26、根據本公開的實施例，通過設置光學調制器對由激光器產生的初始激光束進行調制，產生一維光斑陣列，利用第一光斑映射組件將一維光斑陣列映射為與量子比特陣列相匹配的分布形式的第一光斑陣列；量子比特陣列被第一光斑陣列激發(fā)產生呈陣列形式分布的熒光信號，使得熒光信號組成第一點光源陣列；利用第二光斑映射組件基于第一點光源陣列獲得量子比特陣列中每個量子比特的空間位置，并將第一點光源陣列映射為一維點光源陣列；利用探測陣列將一維點光源陣列中的多個光信號轉換為多個第一電信號。第一光斑陣列中的每個光斑的中心位置以及第一點光源陣列中的每個點光源的中心位置均與量子比特陣列中每個量子比特的空間位置一一對應，實現了對量子比特陣列中的一個量子比特或量子比特的集合進行尋址、操控與測量，對于物質比特體系具有較強的兼容性，并且實現了多個量子比特的并行操控和聯(lián)合測量，提高了量子比特的讀寫速度。