本发明专利技术提供了一种大规模量子比特阵列并行重排的方法与装置，通过初始光镊阵列对冷原子团进行原子捕获，得到随机捕获阵列，并获取随机捕获阵列中的原子分布状态，将随机捕获阵列划分为多个分布区域，根据每个分布区域中的原子分布状态判断每个所述分布区域的分布类型，所述分布类型设定每个所述分布区域对应的原子重排路径，每个分布区域射入一个或者多个调节光镊，所述调节光镊按照所述原子重排路径对分布区域内的原子进行捕获并移动，将分布区域内的原子移动至分布区域内的预设光镊阵列上，所有分布区域内的原子重排可以同步进行，从而实现整个随机捕获阵列的原子重排，减少了原子重排的所需时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子计算，特别是涉及一种大规模量子比特阵列并行重排的方法与装置。
技术介绍
1、在中性原子量子计算中，需要通过空间光调制器对激光进行相位调制，相位调制后的激光经过强聚焦透镜后形成光镊阵列，所述光镊阵列为多个光镊按照阵列方式进行排布，将光镊阵列射入冷原子团中，一个光镊对于原子具有捕捉能力，但由于各个光镊之间的功率和形状并不是完全相同的，原子在被光镊阵列进行捕获装载时分布不是完全均匀的，可能存在部分区域原子相对密集，部分区域原子相对稀疏的情况，由于后续计算过程中，需要将其他激光打在原子上，因此原子的位置需要与后续激光的位置提前对应好，需要将零散分布的原子进行重排，将所有捕捉到的原子重排到指定位置的光镊阵列上，后续激光对指定位置的光镊阵列进行出射，使得后续量子计算能够正常推进。
2、现有技术中，通常通过一个声光偏转器对随机分布的原子进行重排，方法为，通过一个声光偏转器控制调节光镊将原子逐个从初始光镊中捕捉，在保持捕捉的状态下通过声光偏转器控制调节光镊将原子移动至预设的重排位置，再让重排位置的光镊对被移动的原子进行捕获装载，然而随着目前量子比特数目的超线性增加，后续激光需要同时命中的原子数量越来越多，代表需要进行重组的原子数量越来越多，此时若还通过一个声光偏转器控制调节光镊逐个将原子进行重排，则会导致原子重排所需时间超线性增加，极大影响量子比特的保存效率，影响计算的保真度。
3、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
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p>1、本专利技术要解决的技术问题是在光镊阵列对原子进行随机捕获后，如何减少原子重排的所需时间。2、第一方面，提供一种大规模量子比特阵列并行重排的方法，包括：
3、通过初始光镊阵列对冷原子团进行原子捕获，得到随机捕获阵列，并获取所述随机捕获阵列中的原子分布状态；
4、将所述随机捕获阵列划分为多个分布区域，根据每个分布区域中的原子分布状态判断每个所述分布区域的分布类型；
5、根据所述分布类型设定每个所述分布区域对应的原子重排路径；
6、向每个分布区域射入一个或者多个调节光镊，所述调节光镊按照所述原子重排路径对分布区域内的原子进行捕获并移动，将分布区域内的原子移动至分布区域所对应的预设光镊阵列上，完成重排。
7、优选的，所述将所述随机捕获阵列划分为多个分布区域，根据每个分布区域中的原子分布状态判断每个所述分布区域的分布类型，具体包括：
8、将所述随机捕获阵列划分为至少两个分布区域；
9、根据每个分布区域中装载有原子的光镊的数量、未装载原子的光镊的数量和装载有原子的光镊的分布位置中的一个或者多个，判断相应分布区域的分布类型。
10、优选的，所述随机捕获阵列上定义有重排光镊阵列，所述重排光镊阵列用于供原子按照设定阵列进行重排；
11、所述大规模量子比特阵列并行重排的方法还包括：
12、将所述随机捕获阵列划分为多个分布区域后，所述重排光镊阵列被划分为多个预设光镊阵列，每个所述分布区域包括至少一个预设光镊阵列。
13、优选的，所述分布类型包括：密集区域、稀疏区域和常规区域；
14、所述根据每个分布区域中装载有原子的光镊的数量、未装载原子的光镊的数量和装载有原子的光镊的分布位置中的一个或者多个，判断相应分布区域的分布类型，具体包括：
15、当分布区域内所述装载有原子的光镊的数量大于第一预设数量时，所述分布区域为密集区域；
16、当分布区域内所述装载有原子的光镊的数量小于第二预设数量时，所述分布区域为稀疏区域；
17、当分布区域内所述装载有原子的光镊小于等于第一预设数量且大于等于第二预设数量时，所述分布区域为常规区域。
18、优选的，所述根据所述分布类型设定每个所述分布区域对应的原子重排路径，具体包括：
19、当所述分布区域为常规区域时，按照最小路径原则，在所述常规区域中选取相应数量的原子，并规划原子的移动路径，以使相应数量的原子呈a×b阵列分布，得到重组原子阵列；按照最小路径原则规划所述重组原子阵列至相应的预设光镊阵列的移动路径，以得到所述常规区域的原子重排路径；
20、当所述分布区域为密集区域时，在预设光镊阵列的范围上延伸预设范围得到重组范围；按照最小路径原则，在所述重组范围中选取相应数量的原子，并规划原子的移动路径，以使得相应数量的原子移动至相应的预设光镊阵列上，以得到所述密集区域的原子重排路径；
21、当所述分布区域为稀疏区域时，按照最小路径原则，按照最小路径原则，在所述密集区域的重组范围以外的所有原子和稀疏区域中的所有原子中，选取相应数量的原子，并规划原子的移动路径，以使得相应数量的原子移动至相应的预设光镊阵列上，以得到所述稀疏区域的原子重排路径。
22、优选的，所述向每个分布区域射入一个或者多个调节光镊，所述调节光镊按照所述原子重排路径对分布区域内的原子进行捕获并移动，将分布区域内的原子移动至分布区域内的预设光镊阵列上，具体包括：
23、将一个或者多个所述调节光镊移动至被选中的原子的所在位置，提高所述调节光镊的功率，将所述被选中的原子从初始光镊中脱出并被所述调节光镊捕获；
24、调整所述调节光镊的频率，所述调节光镊带动所述被选中的原子按照所述原子重排路径进行移动，直至所述被选中的原子被移动至所述预设光镊阵列的相应的光镊的位置；
25、降低所述调节光镊的功率，所述被选中的原子从所述调节光镊中脱出并被所述预设光镊阵列上相应的光镊捕获。
26、优选的，所述通过初始光镊阵列对冷原子团进行原子捕获，得到随机捕获阵列，并获取所述随机捕获阵列中的原子分布状态，具体包括：
27、将激光进行相位调制并聚焦后得到所述初始光镊阵列；
28、将所述初始光镊阵列射入所述冷原子团中，所述冷原子团中的原子被所述初始光镊阵列中的初始光镊随机捕获，得到随机捕获阵列；
29、对所述随机捕获阵列中的原子进行荧光成像，从而获取所述随机捕获阵列中的原子分布状态。
30、第二方面，一种大规模量子比特阵列并行重排的装置，用于应用于所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，包括：调制激光光路组件1、强聚焦透镜2、真空腔体3、波形发生器4和预设数量的调节光镊光路组件5，其中：
31、所述调制激光光路组件1、所述强聚焦透镜2和所述真空腔体3沿光路依次设置，所述调制激光光路组件1用于出射相位调制后的激光，所述强聚焦透镜2用于对所述相位调制后的激光进行聚焦，以得到所述初始光镊阵列，所述真空腔体3用于存放冷原子团，所述初始光镊阵列射入所述真空腔体3对冷原子团进行原子捕获，得到随机捕获阵列，以便于获取所述随机捕获阵列中的原子分布状态，将所述随机捕获阵列划分为预设数量的分布区域，根据每个分布区域中的原子分布状态判断每个所述分布区域的分布类型；根据所述分本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述将所述随机捕获阵列划分为多个分布区域，根据每个分布区域中的原子分布状态判断每个所述分布区域的分布类型，具体包括：
3.根据权利要求1所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述随机捕获阵列上定义有重排光镊阵列，所述重排光镊阵列用于供原子按照设定阵列进行重排；
4.根据权利要求2所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述分布类型包括：密集区域、稀疏区域和常规区域；
5.根据权利要求4所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述根据所述分布类型设定每个所述分布区域对应的原子重排路径，具体包括：
6.根据权利要求1-5任一所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述向每个分布区域射入一个或者多个调节光镊，所述调节光镊按照所述原子重排路径对分布区域内的原子进行捕获并移动，将分布区域内的原子移动至分布区域内的预设光镊阵列上，具体包括：
7.根据权利要求1-5任一所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述通过初始光镊阵列对冷原子团进行原子捕获，得到随机捕获阵列，并获取所述随机捕获阵列中的原子分布状态，具体包括：
8.一种大规模量子比特阵列并行重排的装置，用于应用于如权利要求1-7任一所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，包括：调制激光光路组件（1）、强聚焦透镜（2）、真空腔体（3）、波形发生器（4）和预设数量的调节光镊光路组件（5），其中：
9.根据权利要求8所述的大规模量子比特阵列并行重排的装置，其特征在于，所述调节光镊光路组件（5）还包括：第一激光器（52）和第一透镜（53），调节光镊光路组件（5）和所述初始光镊阵列所在的光路之间设置有一个或者多个合束棱镜（54），最邻近所述真空腔体（3）的所述合束棱镜（54）和所述强聚焦透镜（2）之间还设置有第二透镜（55），其中：
10.根据权利要求8所述的大规模量子比特阵列并行重排的装置，其特征在于，所述调制激光光路组件（1）包括：第二激光器（11）、空间光调制器（12）和合束片（13），其中：
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【技术特征摘要】
1.一种大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述将所述随机捕获阵列划分为多个分布区域，根据每个分布区域中的原子分布状态判断每个所述分布区域的分布类型，具体包括：
3.根据权利要求1所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述随机捕获阵列上定义有重排光镊阵列，所述重排光镊阵列用于供原子按照设定阵列进行重排；
4.根据权利要求2所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述分布类型包括：密集区域、稀疏区域和常规区域；
5.根据权利要求4所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述根据所述分布类型设定每个所述分布区域对应的原子重排路径，具体包括：
6.根据权利要求1-5任一所述的大规模量子比特阵列并行重排的方法，其特征在于，所述向每个分布区域射入一个或者多个调节光镊，所述调节光镊按照所述原子重排路径对分布区域内的原子进行捕获并移动，将分布区域内的原子移动至分布区域内的预设光镊阵列上，具体包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：付卓，夏文君，
申请(专利权)人：中科酷原量子科技武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：
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