[發明專利]一種實現狀態相干轉移的方法、裝置及量子計算機

在審

• 申請號: 202210923638.7
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115293355A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 梅全鑫;趙文定;姚麟;蔡明磊
• 申請（專利權）人: 華翊博奧(北京)量子科技有限公司
• 主分類號: G06N10/20
• 分類號: G06N10/20;G06N10/40;G06N10/70
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 胡艷華;李丹

本文公開一種實現狀態相干轉移的方法、裝置及量子計算機。本發明實施例通過參數調整獲得的第一拉曼激光和第二拉曼激光，可實現離子量子比特在第一長壽命能級和第二長壽命能級之間的拉曼躍遷，且當第一拉曼激光或第二拉曼激光是尋址光時，拉曼躍遷具有單比特尋址能力；基于參數調整獲得的第一拉曼激光和第二拉曼激光，在避免發生串擾錯誤的同時，實現了離子量子比特的具備單比特尋址能力的狀態相干轉移。

技術領域

本文涉及但不限于量子計算技術，尤指一種實現狀態相干轉移的方法、裝置、計算機存儲介質及終端。

背景技術

對于離子量子計算，量子信息編碼在離子的自旋狀態上。離子量子比特具有全同性，對部分離子的激光操作，有可能會在周圍離子上引起串擾錯誤，為了避免串擾錯誤，相關技術利用離子的另一組亞穩態對暫不參與操作的離子進行保護性存儲。圖1為相關技術離子量子比特的狀態相干轉移示意圖，如圖1所示，離子量子比特編碼在離子的基態能級(示意圖中簡寫為基態)的兩個子能級上(示意圖中的|0和|1)；初態制備、邏輯門操作和狀態探測等操作在基態上執行。離子具有另一個亞穩態能級(示意圖中簡寫為亞穩態)，也具有可以用于編碼離子量子比特的兩個子能級(示意圖中的|0′和|1′)；當需要對處于基態能級上的部分離子量子比特進行上述量子操作時，將其余不參與操作的離子量子比特事先相干轉移到亞穩態進行保護性存儲，以此避免串擾錯誤。離子量子比特的狀態相干轉移是指將離子量子比特在兩個長壽命能級之間進行轉移，且保持其量子信息不丟失；數學上表述為轉移前后量子狀態的疊加系數不發生改變，即在狀態α|0+β|1與狀態α|0′+β|1′之間轉換。

相關技術中，主要利用與基態能級和亞穩態能級之間共振的激光來實現離子量子比特狀態的相干轉移；該過程所涉及的激光往往具有較長的波長，不利于實現單比特尋址，即離子量子比特的狀態相干轉移過程本身具有串擾錯誤；圖2為相關技術量子比特的狀態相干轉移的示意圖，圖中示例的離子為¹⁷¹Yb⁺，如圖2所示，對¹⁷¹Yb⁺離子進行相干轉移的目標是將¹⁷¹Yb⁺離子在基態能級²S_1/2與亞穩態能級²F_7/2之間轉移，且保持量子態的相干性不丟失；相關技術首先利用共振的411納米激光，實現從基態能級²S_1/2到中間態能級²D_5/2的轉移；再利用共振的3432納米激光實現從中間態能級²D_5/2到亞穩態能級²F_7/2的轉移，從而實現了從基態能級²S_1/2到亞穩態能級²F_7/2之間的轉移；或者反過來實現從亞穩態能級²F_7/2到基態能級²S_1/2之間的轉移。假設基態能級的兩個子能級分別為|0和|1，亞穩態能級的兩個子能級分別為|0′和|1′，中間態能級分別為|0″和|1″，為了保證量子態的相干性不丟失，需要兩條基矢之間的轉移路徑同時完成，即與同時完成；上述兩條基矢之間的轉移路徑可以通過具有兩個頻率成分的411納米激光與具有兩個頻率成分的3432納米激光分步完成，即具有兩個頻率成分的411納米激光完成與的遷移，具有兩個頻率成分的3432納米激光完成與的遷移。上述轉移過程中涉及到的3432納米激光由于波長較長，很難聚焦到只覆蓋一個離子的尺寸大小，因此難以實現單比特尋址，此外3432納米激光是共振的激光，這將導致該激光不可避免地會影響到被尋址離子旁邊的離子。例如，如果被尋址的離子旁邊的離子已經處于亞穩態能級²F_7/2，當開啟411納米激光和3432納米激光對被尋址離子進行相干轉移時，旁邊的離子會被3432納米激光激發到中間態能級²D_5/2上，從而引起串擾錯誤。

綜上，如何避免離子量子比特的狀態相干轉移過程中發生串擾錯誤，成為一個有待解決的問題。

發明內容