[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于超導(dǎo)量子處理器的量子計(jì)算機(jī)平臺(tái)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310229766.6
• 申請(qǐng)日: 2023-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116341665A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹建偉;孫校;譚思危;賈星輝;王沭迪;盧麗強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06N10/20
• 分類(lèi)號(hào): G06N10/20;G06N10/80
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于超導(dǎo)量子處理器的量子計(jì)算機(jī)平臺(tái)，包括云平臺(tái)軟件棧，用于獲得用戶(hù)提供的量子電路和執(zhí)行次數(shù)，生成后端編譯任務(wù)調(diào)度信息，基于后端編譯任務(wù)調(diào)度信息、進(jìn)行后端編譯得到抽象硬件指令，還用于用戶(hù)展示量子比特狀態(tài)概率分布；云平臺(tái)硬件棧，用于接收抽象硬件指令，并將抽象硬件指令轉(zhuǎn)換為測(cè)控硬件可讀取的實(shí)際硬件指令，通過(guò)實(shí)際硬件指令控制多個(gè)測(cè)控硬件形成高頻XY混頻脈沖信號(hào)、低頻Z混頻脈沖信號(hào)和讀取信號(hào)，將高頻XY混頻脈沖信號(hào)、低頻Z混頻脈沖信號(hào)和讀取信號(hào)發(fā)送至量子處理器以執(zhí)行匹配后量子電路，將所述輸出脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。利用該平臺(tái)用戶(hù)能夠較為方便的操控量子計(jì)算機(jī)得到量子比特狀態(tài)的概率分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超導(dǎo)量子處理器的量子計(jì)算機(jī)平臺(tái)。

背景技術(shù)

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，與芯片性能和功耗密切相關(guān)的制程越來(lái)越逼近物理極限，摩爾定律正逐漸走向生命的終點(diǎn)。基于半導(dǎo)體技術(shù)的經(jīng)典計(jì)算機(jī)算力已然到達(dá)瓶頸。在這種背景下，量子計(jì)算機(jī)被認(rèn)為是未來(lái)算力突破的一條可能路徑。

量子計(jì)算機(jī)是一類(lèi)遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。量子計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)主要有運(yùn)行速度較快、處置信息能力較強(qiáng)、應(yīng)用范圍較廣等。與一般計(jì)算機(jī)比較起來(lái)，信息處理量愈多，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)實(shí)施運(yùn)算也就愈加有利，也就更能確保運(yùn)算具備精準(zhǔn)性。對(duì)于量子計(jì)算機(jī)而言，位于量子芯片上的量子比特的數(shù)量越多，執(zhí)行量子計(jì)算的能力越強(qiáng)。近年來(lái)，量子計(jì)算機(jī)在股票預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)分析、蛋白質(zhì)折疊分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)研究領(lǐng)域展示出了比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更大的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景。

目前量子計(jì)算機(jī)的推廣還存在著一個(gè)較高的門(mén)檻，即其實(shí)施成本非常高昂。搭建一套可使用的量子計(jì)算機(jī)環(huán)境需要花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元，此外，量子計(jì)算機(jī)的維護(hù)還需要大量的電力、耗材和實(shí)驗(yàn)人員。一種降低量子計(jì)算使用成本和門(mén)檻的方案是幫助量子計(jì)算上云。包括IBM、Rigetti等在內(nèi)的許多機(jī)構(gòu)都推出了量子計(jì)算云平臺(tái)，以云服務(wù)的形式對(duì)外提供量子計(jì)算編程能力。這些云平臺(tái)為量子計(jì)算的研究人員和愛(ài)好者們提供了在真實(shí)量子計(jì)算機(jī)上實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，使得許多理論和應(yīng)用能以較低的成本在量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證。

然而，現(xiàn)有的量子計(jì)算云平臺(tái)往往沒(méi)有對(duì)用戶(hù)展示平臺(tái)的全貌，不同公司在他們的云平臺(tái)中會(huì)暴露出不同的部分。一些用戶(hù)需要了解量子計(jì)算機(jī)更底層工作原理，尤其是一些量子計(jì)算的研究者。熟悉云平臺(tái)的架構(gòu)特點(diǎn)可以幫助他們?cè)O(shè)計(jì)更高效的量子計(jì)算程序。

目前對(duì)于量子計(jì)算云平臺(tái)架構(gòu)實(shí)踐的討論還較為缺失，這阻礙了其他研究人員和機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)共享量子計(jì)算機(jī)硬件的平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于超導(dǎo)量子處理器的量子計(jì)算機(jī)平臺(tái)，利用該平臺(tái)用戶(hù)能夠較為方便的操控量子計(jì)算機(jī)，較為容易的獲得所設(shè)計(jì)的量子電路的量子比特狀態(tài)的概率分布。

本發(fā)明提供了一種基于超導(dǎo)量子處理器的量子計(jì)算機(jī)平臺(tái)，包括：

云平臺(tái)軟件棧，用于獲得用戶(hù)提供的量子電路和執(zhí)行次數(shù)，將量子電路與量子計(jì)算機(jī)中的量子處理器進(jìn)行匹配，基于匹配后的量子電路和執(zhí)行次數(shù)生成量子計(jì)算機(jī)任務(wù)調(diào)度信息和后端編譯任務(wù)調(diào)度信息，基于后端編譯任務(wù)調(diào)度信息對(duì)匹配后的量子電路進(jìn)行后端編譯得到抽象硬件指令，還用于多次接收數(shù)字信號(hào)，對(duì)每次接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理得到量子比特狀態(tài)信息，多個(gè)量子比特狀態(tài)信息構(gòu)建量子比特狀態(tài)概率分布，并向用戶(hù)展示量子比特狀態(tài)概率分布；