[發明專利]一種通用量子計算機中央處理器的操縱方法

有效

• 申請號: 201711268213.2
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108090569B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 姜年權
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明實施例公開了一種通用量子計算機中央處理器操縱方法，包括通過調節所有基本單位所含各量子比特的外磁通量及各量子比特的門電壓將各量子比特均制備到初始狀態，實現各量子比特間耦合都初始為0；選擇當前量子比特耦合模式；根據所選的當前量子比特耦合模式，確定待耦合連通的量子比特，并對待耦合連通的量子比特及其之外的量子比特分別進行相應的外磁通量調節；選擇下一步操作，并根據所選的當前操作，確定對各量子比特的具體操縱。實施本發明，能解決任意兩量子比特之間的耦合操作以及多量子比特之間的并行耦合操作，且耦合得到的量子態保真度較高。

技術領域

本發明涉及量子計算機技術領域，尤其涉及一種通用量子計算機中央處理 器的操縱方法。

背景技術

基于量子態疊加與糾纏的量子計算機，在解決密碼分析、海量搜索等一些 特定問題上具有經典計算機無法比擬的優勢，因而在密碼分析、氣象預報、藥 物設計、金融分析、石油勘探等許多領域具有巨大潛力，吸引了各國政府以及 許多大型科技公司投入研究并發布研究計劃。

目前，可以作為實現量子計算的物理體系有光學系統、離子阱、量子點、 超導量子電路等許多體系。其中，基于約瑟夫森(Josephson)效應的量子電路， 由于其在可操控性和可擴展性等方面的優勢，成為國際上公認的有望實現量子 計算的幾個物理載體之一，并以量子比特作為基本單元來構造量子計算機中央 處理器。

量子計算機中央處理器作為量子計算機的核心，能夠執行單量子比特、雙 量子比特通用量子門操作以及多量子比特的并行操作，從而能夠完成通用量子 計算的任務。然而，要有效地完成這些任務，高保真度的操作是不可缺少的根 本保障之一。對于超導電荷量子比特系統來說，能夠真正實現量子比特之間高 保真度操作的最有效耦合，是量子比特之間直接通過電容器耦合的這種方式。 實驗上首次實現兩超導電荷量子比特耦合的方案以及到目前為止保真度最高的 多個超導電荷量子比特耦合的方案，都是以電容器直接耦合量子比特的方式來 實現的。

但是，目前為止直接通過電容耦合的這類方案都只能將最近鄰的量子比特 耦合起來，都沒法實現非最近鄰量子比特之間以及任意量子比特之間的耦合， 因而無法實現通用量子計算。然而，目前能夠實現非近鄰量子比特之間耦合的 方案，都是以量子總線為公共媒介來實現的，常見的有傳輸線腔和LC諧振腔等 形式的量子總線。而這些通過量子總線耦合的方式，其保真度與電容直接耦合 相比要低很多，特別是三個以上的多量子比特耦合時，量子比特間的交互作用 形成的干擾很大，多量子比特系統經多次耦合操作后得到的量子態保真度較低。

因此，尋找既有高保真度的最佳耦合方式，又能實現任意兩量子比特之間 的耦合操作以及多量子比特之間的并行耦合操作的量子計算機中央處理器方 案，就成了制造通用量子計算機的關鍵與核心問題。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種通用量子計算機中央處理器操縱方法， 能解決任意兩量子比特之間的耦合操作以及多量子比特之間的并行耦合操作， 多對兩量子比特之間耦合的并行操作以及多組多量子比特之間耦合的并行操 作，且耦合得到的量子態保真度較高。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種通用量子計算機中央處 理器的操縱方法，其在由一量子比特及其對應相連的耦合電容器為基本單位形 成中央處理器的量子計算機上實現，且所有的基本單位均通過其對應的耦合電 容器連接于同一點，所述方法包括以下步驟：

步驟S1、通過調節所有基本單位所含各量子比特的外磁通量及各量子比特 的門電壓將各量子比特均制備到初始狀態，實現各量子比特間耦合都初始為0；

步驟S2、選擇當前量子比特耦合模式；其中，所述量子比特耦合模式包括 任意一對兩量子比特間耦合模式、任意一組多量子比特間并行耦合模式、多對 兩量子比特間并行耦合模式以及多組多量子比特間并行耦合模式；

步驟S3、根據所選的當前量子比特耦合模式，確定待耦合連通的量子比特， 并對所述待耦合連通的量子比特分別進行相應的外磁通量調節；