[發(fā)明專利]一種量子比特控制脈沖的反饋優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110533099.1
• 申請(qǐng)日: 2021-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113177641A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉幼航;李彥禎;劉強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東浪潮科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06N10/00
• 分類號(hào): G06N10/00;H03D7/16
• 代理公司: 濟(jì)南信達(dá)專利事務(wù)所有限公司 37100
• 代理人: 闞恭勇

本發(fā)明提供一種量子比特控制脈沖的反饋優(yōu)化方法，屬于量子計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案：針對(duì)AWG的波形輸出以一定間隔添加數(shù)據(jù)標(biāo)記點(diǎn)(Marker)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)Marker點(diǎn)處的振幅整形X門所對(duì)應(yīng)的微波脈沖，同時(shí)對(duì)微波控制后的量子態(tài)進(jìn)行重復(fù)讀取，優(yōu)化過(guò)程中的反饋信號(hào)為讀取到量子態(tài)被翻轉(zhuǎn)到|1態(tài)的概率。本發(fā)明能夠提高單量子比特控制保真度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種量子比特控制脈沖的反饋優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

量子計(jì)算的結(jié)果輸出依賴于量子門序列對(duì)量子比特初態(tài)的操作，然而，由于對(duì)單個(gè)量子比特而言，作用于其上的量子門序列采用串行操作，因此，單個(gè)量子門所導(dǎo)致的錯(cuò)誤將會(huì)累積到下一個(gè)量子門的輸入。也就是說(shuō)，量子計(jì)算輸出結(jié)果的準(zhǔn)確度將隨操作中作用在單個(gè)量子比特上門操作的個(gè)數(shù)呈指數(shù)式下降。例如，假設(shè)某種單比特門操作的保真度為99.9％，那么作用了1000個(gè)相同的單比特門后最后結(jié)果的準(zhǔn)確度大約僅有36.77％。而對(duì)于一般的量子算法而言，想得到有價(jià)值的計(jì)算結(jié)果一般需要對(duì)單個(gè)量子比特進(jìn)行更高數(shù)量級(jí)的量子門操作。因此，量子門操作的保真度將對(duì)量子計(jì)算輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生直接影響。

對(duì)于超導(dǎo)量子計(jì)算而言，單量子比特門的實(shí)現(xiàn)方式為，將IQ混頻器的兩端分別接到任意波形發(fā)生器(AWG)的兩個(gè)輸出通道上，利用AWG所輸出的中頻信號(hào)對(duì)IQ混頻器本振端(local)所接入的微波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的射頻輸出(RF)即可用于實(shí)現(xiàn)單量子比特門操作。然而，由于IQ混頻器本身并非理想的器件，因此輸出的RF信號(hào)與理想信號(hào)有一定差距，反應(yīng)在頻譜上即為在目標(biāo)頻率附近有一些雜散信號(hào)出現(xiàn)。而目前最常見(jiàn)的Transmon量子比特非諧性較弱，因此不理想的波形輸出常導(dǎo)致向更高能級(jí)的泄露。此外，不理想的RF波形輸出也導(dǎo)致無(wú)法校準(zhǔn)出完美的控制波形。目前常采用的量子比特門保真度提高方案為一些解析方案，例如廣泛使用的絕熱導(dǎo)數(shù)修正方案(Drag)，可以降低量子比特向計(jì)算基矢以外希爾伯特空間的泄露。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種量子比特控制脈沖的反饋優(yōu)化方法，通過(guò)波形修正可進(jìn)一步提高單比特門保真度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

針對(duì)單比特門操作的AWG的波形輸出部分以一定間隔添加數(shù)據(jù)標(biāo)記點(diǎn)(Marker)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)Marker點(diǎn)處的振幅整形X門所對(duì)應(yīng)的微波脈沖，同時(shí)對(duì)微波控制后的量子態(tài)進(jìn)行重復(fù)讀取，優(yōu)化過(guò)程中的反饋信號(hào)為讀取到量子態(tài)被翻轉(zhuǎn)到|1態(tài)的概率。

為了放大單個(gè)X門的誤差，可將控制微波由單個(gè)X門擴(kuò)展到奇數(shù)個(gè)X門操作。這種反饋優(yōu)化方案除了可用于X門的優(yōu)化外，還可擴(kuò)展至Y門和X/2門、Y/2門，Y門實(shí)現(xiàn)思路與X門一致，X/2門和Y/2門只需將對(duì)應(yīng)門操作的個(gè)數(shù)提升至2n個(gè)即可，其中n為正奇數(shù)。

考慮到一般AWG輸出信號(hào)的采樣率約為10⁹，即每1ns有一個(gè)采樣點(diǎn)，因此在不考慮計(jì)算能力的限制條件時(shí)每一秒最多可設(shè)置10⁹個(gè)Marker點(diǎn)，采用此反饋優(yōu)化方案可實(shí)現(xiàn)ns級(jí)別的信號(hào)微調(diào)。

另外，由于常用的Drag修正等解析方案本質(zhì)上也屬于波形整形方案，區(qū)別在于Drag修正為在AWG的輸出中附加上原本輸出信號(hào)的導(dǎo)數(shù)波形乘以振幅因子，因此所提出的此反饋優(yōu)化方案其實(shí)完全覆蓋了常用的Drag修正方案，理論上可以得到更高保真度下的單比特門操作。

具體步驟如下：

1)隨機(jī)調(diào)節(jié)所選Marker點(diǎn)的振幅；

2)利用新波形對(duì)量子比特作用單比特門序列；

3)對(duì)量子比特狀態(tài)進(jìn)行讀取，獲取得到|1的概率；

4)此次得到|1的概率是否大于預(yù)設(shè)閥值，是則跳出循環(huán)；否則進(jìn)行下一步；

5)此次得到|1的概率是否大于上次得到|1的概率，