[發明專利]實現主動勻場和量子計算的方法、系統及介質

有效

• 申請號: 202110143221.4
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112946004B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 鄒宏洋
• 申請（專利權）人: 深圳量旋科技有限公司
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08;G01R33/38;G01R33/44;G06N10/20
• 代理公司: 深圳金偉創新專利代理事務所(普通合伙) 44628
• 代理人: 唐敏

本發明公開了一種基于內置單一樣品實現主動勻場和量子計算的方法、系統及介質，將用來做量子計算的樣品內置在核磁共振探頭內部，不更換樣品，利用同一樣品進行主動勻場(調節各階勻場線圈中的電流)和量子計算，這種處理方案，由于將少量的樣品密封在核磁共振探頭內部，這樣探頭就可以做到完全密封，減少了從周圍空間接收到與核磁信號同頻的噪音，提高了信噪比。更重要的是切斷了熱量通過樣品試管在室溫和磁體保溫腔體之間的傳遞，這樣可以極大地減少磁體溫控受室溫波動的影響，進而得到非常均勻穩定的磁場，避免了在使用永磁體作為磁場源的情況下，更換樣品試管以及把樣品試管部分留在探頭外部會導致磁體溫度的不穩定，進而導致勻場和譜學分辨率的下降的問題。

技術領域

本發明涉及量子計算機技術領域，尤其涉及一種基于內置單一樣品實現主動勻場和量子計算的方法、系統及介質。

背景技術

量子計算機是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。核磁共振(NMR)量子計算體系可以在常溫常壓下實現豐富的量子計算算法，有成熟的射頻測控技術，實驗條件簡單。核磁共振的前提是需要帶磁性的原子核在均勻的靜磁場下，受到和它躍遷頻率相同的射頻電磁波的激發，產生共振現象，接收線圈能接收到感應衰減信號。相同的原子核在不同的靜磁場下體現出不同的共振頻率，如果想要所有的原子核表現出相同的共振特性，則需要一個極其均勻的磁場。一般永磁體的均勻度可以達到30ppm左右，如果需要0.1ppm量級的磁場均勻度就需要主動勻場線圈。主動勻場通過適當調整勻場線圈陣列中各線圈的電流強度，用勻場線圈產生局部磁場的變化來調節靜磁場，提高整體磁場均勻性。一般核磁共振譜學或者核磁共振成像會使用H₂O，10％H₂O+90％D₂O混合物或者TMS作為勻場標準樣品，這樣¹H NMR信號信噪比和樣品核磁譜線自身展寬方面比較好，但是在切換實驗樣品的時候，由于不同樣品的磁化率不同，可能造成磁場的均勻度改變，以至于測試實驗樣品的時候磁場均勻度不在最佳狀態。同時，由于要切換樣品，樣品試管不能密封在探頭內部，有一部分要留在探頭外部，這會導致探頭線圈收到外界環境中的射頻噪音。永磁體釹鐵硼材料溫度溫漂1K，磁場的強度會變化大約1200ppm，所以想要得到穩定的高均勻度的磁場需要做好磁體的保溫，使磁體溫度均勻且穩定。在使用永磁體作為磁場源的情況下，更換樣品試管以及把樣品試管部分留在探頭外部會導致磁體溫度的不穩定，進而導致勻場和譜學分辨率的下降。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種基于內置單一樣品實現主動勻場和量子計算的方法、系統及介質，以避免在使用永磁體作為磁場源的情況下，更換樣品試管以及把樣品試管部分留在探頭外部會導致磁體溫度的不穩定，進而導致勻場和譜學分辨率的下降的問題。

為實現上述目的，本發明提出一種基于內置單一樣品實現主動勻場和量子計算的方法，所述方法包括以下步驟：

選擇一種用來作為主動勻場和量子計算的樣品，將所述樣品密封在核磁共振探頭內部；

在未開啟主動勻場的情況下，觀測所述樣品的¹H NMR信號；

在主動勻場的過程中，調節各階勻場線圈中的電流，觀察所述¹H NMR信號的變化，記錄不同電流下，譜線的峰高、半高寬以及20％峰高處的寬度；

對比改變電流前后峰高變化的百分比、半高寬和20％峰高寬度變化的百分比，根據這三個變化百分比來衡量改變電流后磁場是否更均勻，并得到利用所述樣品找到的磁場最均勻狀態對應的主動勻場參數；

在磁場最均勻狀態下，再次觀測所述樣品的¹H NMR信號；

通過射頻電磁場分別操控所述樣品的¹H NMR信號中直接耦合的兩原子核，利用該兩原子核的核磁矩進行量子計算門操作，以及讀取該兩原子核的最終狀態，得到量子計算參數。