[發(fā)明專利]一種尋址操控系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910222051.1
• 申請日: 2019-03-22
• 公開（公告）號: CN109961149B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段路明;周子超
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 解婷婷;栗若木

一種尋址操控系統(tǒng)，包括：第一聲光處理組件和第二聲光處理組件；其中，第一聲光處理組件用于：生成用于預(yù)設(shè)數(shù)值維度選址操作的衍射光束；第二聲光處理組件用于：確定生成的衍射光束各個(gè)維度的出射方向，并根據(jù)確定的出射方向輸出衍射光束，以進(jìn)行預(yù)設(shè)數(shù)值維度的量子比特陣列的尋址操控；其中，所述第一聲光處理組件生成的衍射光束的第一射頻頻率，用于對第二聲光處理組件不同出射方向輸出的衍射光束的第二射頻頻率進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明實(shí)施例簡化了尋址操作系統(tǒng)架構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本文涉及但不限于量子計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種尋址操控系統(tǒng)。

背景技術(shù)

量子計(jì)算機(jī)是一種使用量子邏輯門進(jìn)行通用量子計(jì)算和模擬的設(shè)備，現(xiàn)階段還處于原型機(jī)的研發(fā)測試階段。當(dāng)前，物理上實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的主要實(shí)驗(yàn)平臺有：離子阱、超導(dǎo)及金剛石色心等。量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)邏輯單元由遵守量子力學(xué)原理的量子比特構(gòu)成，大量可相干操控的量子比特在物理上可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)。相對于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)在解決特定問題時(shí)運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少；小規(guī)模量子比特構(gòu)成的量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以用于完成一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的計(jì)算任務(wù)。因此，量子計(jì)算機(jī)在基礎(chǔ)科學(xué)研究、人工智能、材料模擬、信息安全、金融市場優(yōu)化與氣候變化預(yù)測等方面具有重要的應(yīng)用前景，從而受到了廣泛關(guān)注。如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)是當(dāng)前物理學(xué)、計(jì)算機(jī)信息科學(xué)等學(xué)科交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

利用囚禁于離子阱中的離子量子比特陣列，可以在已有實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)各種高保真度的量子邏輯門操作，是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的主要研究方向之一。離子量子比特在相互作用的可控性、長相干時(shí)間、高保真度量子邏輯門操作及量子糾錯(cuò)等方面均十分優(yōu)秀，是最有可能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的平臺之一(本文將基于離子量子比特形成的量子計(jì)算機(jī)簡稱為離子型量子計(jì)算機(jī))。離子型量子計(jì)算機(jī)上的量子比特基本邏輯門操作，主要是通過激光或者微波來實(shí)現(xiàn)；如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)針對離子量子比特的尋址操控系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)離子型量子計(jì)算機(jī)的核心技術(shù)問題之一，對離子型量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜度、邏輯門操作的速度及保真度、量子算法設(shè)計(jì)的靈活性、及物理資源的占用等問題都有著重要的影響。隨著量子比特?cái)?shù)的不斷增加，對尋址操控系統(tǒng)的性能要求均大大提升；高性能的尋址操控系統(tǒng)成為實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展大規(guī)模離子型量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵。目前，常見的離子量子比特的尋址方式主要有兩種；圖1(a)為相關(guān)技術(shù)中離子量子比特的尋址操作示意圖，如圖1(a)所示，通過多通道的聲光調(diào)制器(AOM)進(jìn)行量子比特尋址操控；入射的多束激光同時(shí)入射多通道AOM的各個(gè)通道上進(jìn)行移頻偏轉(zhuǎn)，調(diào)制后的一級衍射光斑由光學(xué)系統(tǒng)入射到對應(yīng)的離子上；單個(gè)離子量子比特的尋址操控對應(yīng)于該AOM中單個(gè)通道的控制；其中，每個(gè)尋址通道需要由獨(dú)立的電子系統(tǒng)驅(qū)動。隨著需要操控的量子比特增加，系統(tǒng)所需的AOM的通道數(shù)和電子系統(tǒng)也呈線性增加，使量子計(jì)算機(jī)尋址控制系統(tǒng)變得非常龐大和復(fù)雜，將極大地降低整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。圖1(b)為相關(guān)技術(shù)中另一離子量子比特的尋址操作示意圖，如圖1(b)所示，在芯片離子阱上設(shè)計(jì)了3個(gè)微波場(MW)，利用微波電極在離子阱囚禁區(qū)域產(chǎn)生的徑向梯度磁場。離子在勢阱中的不同徑向位置，其塞曼磁子能級之間的躍遷頻率隨磁場強(qiáng)度變化。調(diào)節(jié)微波電極中的微波頻率可以實(shí)現(xiàn)對不同徑向位置的離子進(jìn)行尋址及量子操控；為了產(chǎn)生較大的梯度磁場，離子和微波電極的距離非常近(30微米左右)；因此該方案只適用于特定設(shè)計(jì)的芯片離子阱；由于離子與芯片的電極非常近，芯片表面的電場噪聲會極大地降低量子比特的相干時(shí)間，且在尋址過程中需要改變電場讓離子偏離軸向，因此會引入離子的微運(yùn)動，從而降低量子相干操作的保真度。

綜上，對于上述離子量子比特尋址操控方案，將隨著量子比特?cái)?shù)目的增加，對實(shí)現(xiàn)該尋址操控系統(tǒng)所需的光學(xué)或微波系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及邏輯控制程序的復(fù)雜度也會呈現(xiàn)快速增長，制約了大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

以下是對本文詳細(xì)描述的主題的概述。本概述并非是為了限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種尋址操控系統(tǒng)，能夠簡化尋址操作系統(tǒng)架構(gòu)。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種尋址操控系統(tǒng)，包括：第一聲光處理組件和第二聲光處理組件；其中，