基于动力学解耦的单比特门操作方法及相关设备技术

本申请属于量子计算机技术领域，涉及一种基于动力学解耦的单比特门操作方法及相关设备，包括接收单比特门操作指令，根据单比特门操作指令确定样品的第一量子比特和第二量子比特；对第一量子比特进行单比特门操作，同时对第二量子比特施加解耦脉冲，分别得到对应的第一解耦量子比特和第二解耦量子比特。本申请提供的技术方案能够在很大程度上将两个量子比特之间产生的耦合演化抵消，进而提高单比特门保真度。门保真度。门保真度。

【技术实现步骤摘要】
基于动力学解耦的单比特门操作方法及相关设备


[0001]本申请涉及量子计算机
，更具体地，涉及一种基于动力学解耦的单比特门操作方法及相关设备。

技术介绍

[0002]量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)量子计算体系可以在常温常压下实现丰富的量子计算算法，有成熟的射频测控技术，实验条件简单。
[0003]在液体核磁共振量子计算中，样品的内部哈密顿量在核自旋之间间接耦合项的驱动下，会使得量子比特发生耦合演化。这种量子比特间的耦合演化是两比特逻辑门的构建基础，但同时也是导致量子退相位的主要原因之一。动力学解耦(dynamical decoupling)是核磁共振量子计算的重要技术，一般用于构建特定两比特相互作用门的时候消除其他比特间两两相互作用，或者在测量退相位时间T2的时候用于消除比特间耦合的影响。在进行动力学解耦的时候，需要在量子系统演化的过程中，在一些特定时间点对不同的量子比特施加使量子比特180
°
旋转的π脉冲，以达到解除或者保留量子比特间耦合的目的。参见图1所示的四比特的动力学解耦序列，黑色矩形为π脉冲，正号表示演化正向进行，负号表示演化反向进行。在一段时间内量子比特的正号和负号数量相等，该比特正反演化相互抵消，称之为该量子比特被回聚。一旦两比特中只有其中一个比特被回聚，那么这两个比特会被动力学解耦。
[0004]动力学解耦通脉冲序列常使用所谓的Hadamard matrices进行设计。该方案能够在不依靠GRAPE优化控制脉冲的情况下实现指定的两比特逻辑门。动力学解耦一般用于构建两比特门时，对不需要的比特间耦合进行解耦，但是核自旋间耦合的影响不仅存在于两比特门操作，也存在于单比特门操作过程中。在样品为异核的核磁共振量子计算中，常使用硬脉冲操控量子比特进行单比特门操作。若硬脉冲时长过长或者样品的耦合强度过强都会导致单比特门的保真度受到耦合演化的影响。

技术实现思路

[0005]本申请实施例所要解决的技术问题是现有技术中量子比特的耦合演化会影响单比特门的保真度。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种基于动力学解耦的单比特门操作方法，采用了如下所述的技术方案：
[0007]接收单比特门操作指令，根据所述单比特门操作指令确定样品的第一量子比特和第二量子比特；
[0008]对所述第一量子比特进行单比特门操作，同时对所述第二量子比特施加解耦脉冲，分别得到对应的第一解耦量子比特和第二解耦量子比特。
[0009]进一步的，所述根据所述单比特门操作指令确定样品的第一量子比特和第二量子
比特的步骤包括：
[0010]根据所述单比特门操作指令确定所述样品中的待操作原子核，根据所述待操作原子核确定对应的耦合原子核；
[0011]对所述待操作原子核和所述耦合原子核预施加测试脉冲，分别得到对应的第一操作脉宽和第二操作脉宽；
[0012]基于所述第一操作脉宽和所述第二操作脉宽确定所述第一量子比特和所述第二量子比特。
[0013]进一步的，所述基于所述第一操作脉宽和所述第二操作脉宽确定所述第一量子比特和所述第二量子比特的步骤包括：
[0014]确定所述第一操作脉宽大于所述第二操作脉宽；
[0015]将所述第一操作脉宽对应的所述待操作原子核作为所述第一量子比特，所述第二操作脉宽对应的所述耦合原子核作为所述第二量子比特。
[0016]进一步的，所述对所述第一量子比特进行单比特门操作，同时对所述第二量子比特施加解耦脉冲的步骤包括：
[0017]对所述第一量子比特施加所述单比特门操作的逻辑门脉冲，确定施加所述逻辑门脉冲后的所述第一量子比特的旋转方向和对应的旋转角度；
[0018]根据所述旋转角度和所述第一量子比特的脉宽得到所述单比特门操作的操作脉冲时长，基于所述操作脉冲时长和所述旋转方向确定施加所述解耦脉冲的解耦时刻；
[0019]对所述第一量子比特施加所述逻辑门脉冲的同时，在所述解耦时刻对所述第二量子比特施加预设时长的解耦脉冲，其中，所述预设时长为根据所述第二量子比特的脉宽获得。
[0020]进一步的，所述对所述第一量子比特进行单比特门操作，同时对所述第二量子比特施加解耦脉冲的步骤包括：
[0021]对所述第一量子比特施加所述单比特门操作的逻辑门脉冲，确定施加所述逻辑门脉冲后的所述第一量子比特的旋转方向和对应的旋转角度；
[0022]根据所述旋转角度和所述第一量子比特的脉宽得到所述单比特门操作的操作脉冲时长；
[0023]确定施加所述解耦脉冲的所述第二量子比特的旋转角度和所述第二量子比特的脉宽，得到解耦脉冲时长；
[0024]基于所述操作脉冲时长和所述解耦脉冲时长，得到解耦翻转角度和解耦脉冲总时长，根据所述解耦翻转角度确定目标解耦脉冲；
[0025]在所述操作脉冲时长内对所述第一量子比特施加所述逻辑门脉冲，同时对所述第二量子比特施加所述解耦脉冲总时长的所述目标解耦脉冲。
[0026]进一步的，所述基于所述操作脉冲时长和所述解耦脉冲时长，得到解耦翻转角度和解耦脉冲总时长的步骤包括：
[0027]基于所述操作脉冲时长和所述解耦脉冲时长，计算得到旋转周期数；
[0028]根据所述旋转周期数和所述解耦脉冲的旋转角度，得到解耦翻转角度；
[0029]根据所述解耦翻转角度和所述第二量子比特的脉宽得到解耦脉冲总时长。
[0030]进一步的，在所述对所述第一量子比特进行单比特门操作，同时对所述第二量子
比特施加解耦脉冲，分别得到对应的第一解耦量子比特和第二解耦量子比特的步骤之后还包括：
[0031]对所述第一解耦量子比特和所述第二解耦量子比特进行保真度测试，得到单比特门的保真度结果。
[0032]为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种基于动力学解耦的单比特门操作装置，采用了如下所述的技术方案：
[0033]确定模块，用于接收单比特门操作指令，根据所述单比特门操作指令确定样品的第一量子比特和第二量子比特；
[0034]解耦模块，用于对所述第一量子比特进行单比特门操作，同时对所述第二量子比特施加解耦脉冲，分别得到对应的第一解耦量子比特和第二解耦量子比特。
[0035]为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种量子计算机，采用了如下所述的技术方案：
[0036]该量子计算机包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器执行所述计算机可读指令时实现如上所述的基于动力学解耦的单比特门操作方法的步骤。
[0037]为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，采用了如下所述的技术方案：
[0038]所述计算机可读存储介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如上所述的基于动力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动力学解耦的单比特门操作方法，其特征在于，包括：接收单比特门操作指令，根据所述单比特门操作指令确定样品的第一量子比特和第二量子比特；对所述第一量子比特进行单比特门操作，同时对所述第二量子比特施加解耦脉冲，分别得到对应的第一解耦量子比特和第二解耦量子比特。2.根据权利要求1所述的基于动力学解耦的单比特门操作方法，其特征在于，所述根据所述单比特门操作指令确定样品的第一量子比特和第二量子比特的步骤包括：根据所述单比特门操作指令确定所述样品中的待操作原子核，根据所述待操作原子核确定对应的耦合原子核；对所述待操作原子核和所述耦合原子核预施加测试脉冲，分别得到对应的第一操作脉宽和第二操作脉宽；基于所述第一操作脉宽和所述第二操作脉宽确定所述第一量子比特和所述第二量子比特。3.根据权利要求2所述的基于动力学解耦的单比特门操作方法，其特征在于，所述基于所述第一操作脉宽和所述第二操作脉宽确定所述第一量子比特和所述第二量子比特的步骤包括：确定所述第一操作脉宽大于所述第二操作脉宽；将所述第一操作脉宽对应的所述待操作原子核作为所述第一量子比特，所述第二操作脉宽对应的所述耦合原子核作为所述第二量子比特。4.根据权利要求1所述的基于动力学解耦的单比特门操作方法，其特征在于，所述对所述第一量子比特进行单比特门操作，同时对所述第二量子比特施加解耦脉冲的步骤包括：对所述第一量子比特施加所述单比特门操作的逻辑门脉冲，确定施加所述逻辑门脉冲后的所述第一量子比特的旋转方向和对应的旋转角度；根据所述旋转角度和所述第一量子比特的脉宽得到所述单比特门操作的操作脉冲时长，基于所述操作脉冲时长和所述旋转方向确定施加所述解耦脉冲的解耦时刻；对所述第一量子比特施加所述逻辑门脉冲的同时，在所述解耦时刻对所述第二量子比特施加预设时长的解耦脉冲，其中，所述预设时长为根据所述第二量子比特的脉宽获得。5.根据权利要求1所述的基于动力学解耦的单比特门操作方法，其特征在于，所述对所述第一量子比特进行单比特门操作，同时对所述第二量子比特施加解耦脉冲的步骤包括：对所述第一量子比特施加所述单比特门操作的逻辑门脉冲，确定施加所述逻辑...

【专利技术属性】
技术研发人员：林子栋，施巍，项金根，孟铁军，
申请(专利权)人：深圳量旋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：