【技术实现步骤摘要】
本申请涉及量子计算领域，特别是涉及一种自旋量子比特的操控系统、方法及量子计算机。
技术介绍
1、量子芯片为运行量子计算的核心部件，量子芯片上集成有多个量子位，例如半导体量子芯片上的自旋量子比特。其中，采用直流信号和脉冲信号对自旋量子比特进行操控，并采用射频信号对自旋量子比特进行测量。
2、采用脉冲信号对自旋量子比特进行两比特门操控时，对脉冲信号的精度要求要求非常高，通常在纳秒级，例如，脉冲信号周期小于100ns的波形。此外，两比特门操控对应的脉冲信号各种各样，每一个脉冲信号的脉冲幅度和脉冲周期都不同，具体需要根据待执行的量子计算任务确定。可以想象的是，在一个量子计算任务中，需要在自旋量子比特上施加若干个不同的高精度脉冲信号；且为了确保量子计算任务的结果准确性，通常会重复执行几千甚至上万次的操控，而且重复操作的时间间隔也是不等的，具体的，将所有操控的脉冲信号组合为一个组合脉冲信号施加至自旋量子比特，并对操控结果进行测量。
3、在现有技术中，通常采用上位机接收量子计算任务，并根据量子计算任务确定需要施加在各自旋量子比特上的脉冲信号的波形，并将波形数据下发至下位机，存储在下位机中，下位机根据波形数据输出对应的脉冲信号；其中，下位机通常采用量子测控系统。如上所述，操控量子比特的脉冲信号各种各样，各脉冲信号的波形参数也不相同，每个波形参数都需要下发；而且有些波形为组合脉冲信号，波形的数据量非常大，在下发时非常耗时间，存储在量子测控系统时也非常占用内存。
4、此外，这种波形数据采用预存储的方式，无法实时的
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种自旋量子比特的操控系统、方法及量子计算机，以解决现有技术中脉冲信号的波形数据量大占用内存且传输慢影响量子计算的计算效率的问题，能够大幅提升量子计算的计算效率。
2、为解决上述技术问题，本申请一方面提供一种自旋量子比特的操控系统，用于操控半导体量子处理器上的自旋量子比特，包括：
3、上位机模块，用于接收量子计算任务并下发对应的任务指令；其中，所述任务指令包括脉冲信号的波形系数；
4、指令处理模块，用于依据所述波形系数生成并输出所述脉冲信号波形的波形数据；
5、信号生成模块，用于依据所述波形数据输出对应的脉冲信号。
6、如上所述的自旋量子比特的操控系统，优选的，所述指令处理模块依据工作时钟频率输出各所述波形数据。
7、如上所述的自旋量子比特的操控系统，优选的，所述指令处理模块每个时钟周期输出的波形数据的数量等于所述信号生成模块的采样率与所述指令处理模块的工作时钟频率的商。
8、如上所述的自旋量子比特的操控系统，优选的，所述波形系数包括脉冲信号波形的上升沿的起始幅值、幅值增量和波形数据总量。
9、如上所述的自旋量子比特的操控系统，优选的，所述指令处理模块包括：
10、状态启动单元，任务指令依据所述任务指令发送输出请求；
11、数据转化单元，调取所述任务指令并响应所述输出请求输出对应的波形数据；
12、数据判断单元，依据所述上升沿的所述波形数据的波形数据总量以及每个时钟周期输出的波形数据的数量判断是否需要补充采样点数据；其中，所述总数量为所述脉冲信号波形的上升沿的波形数据总量。
13、如上所述的自旋量子比特的操控系统，优选的，当所述上升沿的所述波形数据的波形数据总量与每个时钟周期输出的波形数据的数量的商为整数，数据判断单元判断为否，直接输出所述波形数据。
14、如上所述的自旋量子比特的操控系统，优选的，当所述上升沿的所述波形数据的波形数据总量与每个时钟周期输出的波形数据的数量的商包含余数时，补齐余数至每个时钟周期输出的波形数据的数量，并输出补齐后的波形数据。
15、如上所述的自旋量子比特的操控系统，优选的，还包括存储模块，用于存储所述任务指令并转发至所述数据转化单元。
16、如上所述的自旋量子比特的操控系统，优选的，所述指令处理模块为集成于fpga内的功能模块。
17、本申请另一方面提供一种自旋量子比特的操控方法，用于操控半导体量子处理器上的自旋量子比特，包括：
18、接收量子计算任务并下发对应的任务指令；其中，所述任务指令包括脉冲信号的波形系数；
19、依据所述波形系数生成并输出所述脉冲信号波形的波形数据；
20、依据所述波形数据输出对应的脉冲信号。
21、本申请再一方面提供一种量子计算机，包括任意一项上述的自旋量子比特的操控系统，或使用上述的操控方法操控自旋量子比特。
22、与现有技术相比，本申请提供的自旋量子比特的操控系统，用于操控半导体量子处理器上的自旋量子比特，通过上位机模块将接收量子计算任务转换为对应的任务指令下发，任务指令包括脉冲信号的波形系数，并通过指令处理模块，依据所述任务指令中的波形系数生成并输出脉冲信号的完整波形的波形数据；再通过信号生成模块依据所述波形数据输出对应的脉冲信号。脉冲信号的波形系数相比于脉冲信号的全部波形数据，数据量更小，易于传输和存储，本申请的上位机仅需发送包括脉冲信号的波形系数的任务指令即可，在下位机的指令处理模块根据脉冲信号的波形系数生成完整的脉冲信号的波形数据并输出；当需要调整脉冲信号时，上位机更新波形系数并下发即可，由指令处理模块根据更新后的波形系数重新生成对应的波形数据并输出，大大提高了量子计算的效率。
23、本申请提供的自旋量子比特的操控方法和量子计算机，与自旋量子比特的操控系统属于同一申请构思，因此具有相同的有益效果，在此不再赘述。
24、附图说明
25、图1为本申请实施例提供的一种组合脉冲波形的示意图；
26、图2为本申请实施例提供的一种自旋量子比特的操控系统的组成示意图；；
27、图3为本申请实施例提供的一种指令处理模块的组成示意图；
28、图4为本申请实施例提供的一种自旋量子比特的操控方法的流程图。
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1.一种自旋量子比特的操控系统，用于输出操控半导体量子处理器上的自旋量子比特的脉冲信号，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述指令处理模块依据工作时钟频率输出各所述波形数据。
3.根据权利要求2所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述指令处理模块每个时钟周期输出的波形数据的数量等于所述信号生成模块的采样率与所述指令处理模块的工作时钟频率的商。
4.根据权利要求3所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述波形系数包括脉冲信号波形的上升沿的起始幅值、幅值增量和波形数据总量。
5.根据权利要求4所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述指令处理模块包括：
6.根据权利要求5所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，当所述上升沿的所述波形数据的波形数据总量与每个时钟周期输出的波形数据的数量的商为整数，数据判断单元判断为否，直接输出所述波形数据。
7.根据权利要求5所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，当所述上升沿的所述波形数据的波形数据总量与每个时钟周期
8.根据权利要求5所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，还包括存储模块，用于存储所述任务指令并转发至所述数据转化单元。
9.根据权利要求1所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述指令处理模块为集成于FPGA内的功能模块。
10.一种自旋量子比特的操控方法，用于操控半导体量子处理器上的自旋量子比特，其特征在于，包括：
11.一种量子计算机，其特征在于，包括权利要求1－9任意一项所述的自旋量子比特的操控系统，或使用权利要求10所述的操控方法操控自旋量子比特。
...【技术特征摘要】
1.一种自旋量子比特的操控系统，用于输出操控半导体量子处理器上的自旋量子比特的脉冲信号，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述指令处理模块依据工作时钟频率输出各所述波形数据。
3.根据权利要求2所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述指令处理模块每个时钟周期输出的波形数据的数量等于所述信号生成模块的采样率与所述指令处理模块的工作时钟频率的商。
4.根据权利要求3所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述波形系数包括脉冲信号波形的上升沿的起始幅值、幅值增量和波形数据总量。
5.根据权利要求4所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，所述指令处理模块包括：
6.根据权利要求5所述的自旋量子比特的操控系统，其特征在于，当所述上升沿的所述波形数据的波形数据总量与每个时钟周期输出的波形数据的数...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，孔伟成，
申请(专利权)人：本源量子计算科技合肥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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