用于量子比特操控的數字波形調整方法
【專利摘要】本發明提供了一種用于量子比特操控的數字波形調整方法，屬于量子系統領域，量子比特的操控由一系列控制脈沖組成，數字波形調整方法包括：波形發生器產生控制脈沖；將所述控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系；將分解出的所述脈沖函數進行預處理；將預處理后的所述脈沖函數關系合成并使用波形發生器產生控制脈沖，進行量子比特的操控。本發明提供的用于量子比特操控的數字波形調整方法，能夠改善在對量子比特的操控中串擾、波形失真、噪音等因素引起的操作誤差，從而提高對量子比特的操控精度。
【專利說明】
用于量子比特操控的數字波形調整方法
技術領域
[0001]本發明涉及量子系統領域，特別是涉及一種用于量子比特操控的數字波形調整方法。
【背景技術】
[0002]量子計算在大質數因子分解，全局搜索等數學問題的求解速度方面優于已知的經典計算算法。人們已經在多種不同的量子體系實現了一些簡單的量子算法，超導量子比特系統是其中最有希望的系統之一。
[0003]超導量子計算機的發展受到多方面的制約:一方面，量子比特非常容易受到干擾，引起量子比特的退相干，存儲于量子比特中的信息會慢慢流失；另一方面，在對量子比特的操控中，串擾，波形失真，噪音等都會引起操作誤差。根據現有的量子糾錯理論，對量子比特的操作精度需要達到一定的閾值，才能進行有效的糾錯。對于量子比特如何進行操控調整，以減小上述因素造成的操作誤差，改善某些情況下量子比特的操控精度是函待解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的一個目的是提供一種用于量子比特操控的數字波形調整方法，能夠改善在對量子比特的操控中串擾、波形失真、噪音等因素引起的操作誤差，從而提高對量子比特的操控精度。
[0005]特別地，本發明提供了一種用于量子比特操控的數字波形調整方法，量子比特的操控由一系列控制脈沖組成，其數字波形調整方法包括:
[0006]波形發生器產生控制脈沖；
[0007]將所述控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系；
[0008]將分解出的所述脈沖函數進行預處理；
[0009]將預處理后的所述脈沖函數關系合成并使用波形發生器產生控制脈沖，進行量子比特的操控。
[0010]進一步地，所述波形發生器為任意波形發生器，
[0011]進一步地，所述波形發生器為可數字調頻調幅的數字信號發生器。
[0012]進一步地，所述控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系為:
[0013]f(t) =fi(t)*f2(t)
[0014]其中，f(t)為控制脈沖的函數，AUWPf2U)為所述控制脈沖分解出的不同的脈沖函數，t為時間。
[0015]進一步地，所述f\(t)為余弦振蕩函數，其函數關系式為:
[0016]fi(t) =A cos( ω t+θ)
[0017]其中，A為振幅，ω為頻率，θ為初相位，t為時間。
[0018]進一步地，所述f2(t)為方波脈沖函數，其函數關系式為:
[0019]f2(t) = ε(t-ti)-e(t~t2)
[0020]其中，e(t)為階躍函數，t、tdPt2*時間。
[0021 ]進一步地，將所述f2 (t)的方波脈沖做平滑處理。
[0022]進一步地，所述平滑處理是對所述f2(t)方波脈沖的上升沿和/或下降沿進行處理，使上升沿和下降沿的斜率的絕對值的最大值與ω的乘積小于預定值。
[0023]進一步地，所述平滑處理是對所述f2(t)方波脈沖的上升沿和/或下降沿進行處理，使f2(t)在預定頻譜范圍所占比重超過預定的比例值。
[0024]進一步地，采用對脈沖波形的突變進行平滑處理進行量子比特的操控。
[0025]本發明提供的用于量子比特操控的數字波形調整方法，通過將控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系后，將分解出的所述脈沖函數進行預處理，并采用預處理后的所述脈沖函數關系合成并使用波形發生器產生的控制脈沖，進行量子比特的操控，能夠改善在對量子比特的操控中串擾、波形失真、噪音等因素引起脈沖波形的突變造成的操作誤差，從而提高對量子比特的操控精度。
【附圖說明】
[0026]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0027]圖1是根據本發明一個實施例的一種用于量子比特操控的數字波形調整方法的控制脈沖函數f(t)的波形示意圖；
[0028]圖2是根據圖1所示的控制脈沖分解出的余弦振蕩函數f\(t)的波形示意圖；
[0029]圖3是根據圖1所示的控制脈沖分解出的方波脈沖函數f2(t)的波形示意圖；
[0030]圖4是根據本發明一個實施例的一種用于量子比特操控的數字波形調整方法經預處理后的控制脈沖函數的波形示意圖。
【具體實施方式】
[0031]圖1是根據本發明一個實施例的一種用于量子比特操控的數字波形調整方法的控制脈沖函數f(t)的波形示意圖；圖2是根據圖1所示的控制脈沖分解出的余弦振蕩函數h(t)的波形示意圖；圖3是根據圖1所示的控制脈沖分解出的方波脈沖函數f2(t)的波形示意圖。
[0032]在大多數情況下，量子比特的操作由一系列控制脈沖組成。控制脈沖可以使用波形發生器(Arbitrary Waveform Generator，簡稱AWG)產生，而較低頻段的控制脈沖(比如IGHz以下)可以使用任意波形發生器產生。控制脈沖可以用如圖1所示的控制脈沖函數f(t)來描述，圖1中橫坐標為時間t，單位為納秒(ns)，縱坐標為控制脈沖函數f(t)的振幅。本發明的一種用于量子比特操控的數字波形調整方法，其步驟包括:波形發生器產生控制脈沖；將所述控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系；將分解出的所述脈沖函數進行預處理;將預處理后的所述脈沖函數關系合成并使用波形發生器產生控制脈沖，進行量子比特的操控。
[0033]具體地，首先通過波形發生器產生控制脈沖，所述波形發生器為任意波形發生器，優選地，所述波形發生器為可數字調頻調幅的數字信號發生器。然后將產生的控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系:
[0034]f (t) =fi(t)*f2(t)
[0035]其中，f(t)為控制脈沖的函數，fKtWPfKt)為所述控制脈沖分解出的不同的脈沖函數，t為時間，單位為納秒(ns)。
[0036]fKt)為余弦振蕩函數，如圖2所示，其橫坐標為相位，縱坐標為振幅，其函數關系式為:
[0037]fi(t) =A cos( ω t+θ)
[0038]其中，A為振幅，ω為頻率，Θ為初相位，t為時間，單位為納秒(ns)。
[0039]f2(t)為方波脈沖函數，如圖3所示，其橫坐標為時間，縱坐標為振幅，其函數關系式為:
[0040]f2(t) = ε(t-ti)-e(t~t2)
[0041 ]其中，ε (t)為階躍函數，t、ti和t2為時間，單位為納秒(ns)或者毫秒(ms)。
[0042]然后將分解出的所述脈沖函數進行預處理，預處理方法可以是對方波脈沖函數f2(t)的方波脈沖做平滑處理。在一個具體的實施方式中，所述平滑處理是對所述f2(t)方波脈沖的上升沿和/或下降沿進行處理，使得方波脈沖函數f2(t)的上升沿或下降沿處的脈沖信號由原來的突變變為平滑的脈沖信號。在一個優選的實施方式中，所述平滑處理是對所述f2(t)方波脈沖的上升沿和/或下降沿進行處理，使上升沿和下降沿的斜率的絕對值的最大值與ω的乘積小于預定值，預定值的大小可以根據實際需要進行調整確定。在另一個優選的實施方式中，所述平滑處理是對所述f2(t)方波脈沖的上升沿和/或下降沿進行處理，使f2(t)在預定頻譜范圍所占比重超過預定的比例值。在一個具體的實施例中，通過平滑處理后f2(t)在某一個頻譜范圍所占比重超過99.9%。當然地，平滑處理的方法也可以包括其他本領域技術人員在波形控制方面常用的處理方法，以達到能夠使方波脈沖函數f 2 (t)的上升沿或下降沿處的脈沖信號由原來的突變變為平滑的脈沖信號即可。
[0043]再將預處理后的方波脈沖函數5(丨)和余弦振蕩函數5(0以關系式:
[0044]f (t) =fi(t)*f2(t)
[0045]合成為處理后的控制脈沖函數，并使用波形發生器產生處理后的控制脈沖(如圖4所示)，從而進行量子比特的操控。圖4是根據本發明一個實施例的一種用于量子比特操控的數字波形調整方法經預處理后的控制脈沖函數的波形示意圖，圖4中橫坐標為時間t，單位為納秒(ns)，縱坐標為經預處理后的控制脈沖函數的振幅。
[0046]如圖1所示，在控制脈沖的函數的脈沖邊緣部分，經常會出現一個類似于階躍函數的突變。從頻譜上看，這種突變含有較大的高頻分量，會對量子比特造成較大的操作誤差。另外經過控制脈沖線纜和各個接頭之后，這種突變往往會出現較大的波形失真，這也會帶來一定的操作誤差。經過對分解出的方波脈沖函數f2(t)進行預處理后，如圖4所示，平滑處理之后的脈沖波形沒有突變，可以大大降低操作誤差。在一個具體的實施方式中，不經過對分解出的方波脈沖函數f2(t)進行預處理時，對量子比特施加了一個縱場控制脈沖，然后測量量子比特的退相干時間Tl隨縱場控制脈沖強度的變化，其結果會產生許多條紋狀的信號。而在經過對分解出的方波脈沖函數f2(t)進行預處理后，再對量子比特施加了一個縱場控制脈沖，然后測量量子比特的退相干時間Tl隨縱場控制脈沖強度的變化，其結果之前產生的條紋狀的信號消失了，極大地降低了在對量子比特的操控中串擾、波形失真、噪音等因素引起脈沖波形的突變造成的操作誤差，從而提高對量子比特的操控精度。
[0047]本發明提供的一種用于量子比特操控的數字波形調整方法，采用對脈沖波形的突變進行平滑處理進行量子比特的操控。通過將控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系后，將分解出的所述脈沖函數進行預處理，并采用預處理后的所述脈沖函數關系合成并使用波形發生器產生的控制脈沖，進行量子比特的操控，能夠改善在對量子比特的操控中串擾、波形失真、噪音等因素引起脈沖波形的突變造成的操作誤差，從而提高對量子比特的操控精度。
[0048]至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的示例性實施例，但是，在不脫離本發明精神和范圍的情況下，仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此，本發明的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權項】
1.一種用于量子比特操控的數字波形調整方法，量子比特的操控由一系列控制脈沖組成，其特征在于，包括: 波形發生器產生控制脈沖； 將所述控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系； 將分解出的所述脈沖函數進行預處理； 將預處理后的所述脈沖函數關系合成并使用波形發生器產生控制脈沖，進行量子比特的操控。2.根據權利要求1所述的數字波形調整方法，其特征在于，所述波形發生器為任意波形發生器。3.根據權利要求1或2所述的數字波形調整方法，其特征在于，所述波形發生器為可數字調頻調幅的數字信號發生器。4.根據權利要求1所述的數字波形調整方法，其特征在于，所述控制脈沖分解為不同的脈沖函數關系為: f(t)=fl(t)*f2(t) 其中，f(t)為控制脈沖的函數，匕(仂和5(0為所述控制脈沖分解出的不同的脈沖函數，t為時間。5.根據權利要求4所述的數字波形調整方法，其特征在于，所述fKt)為余弦振蕩函數，其函數關系式為:fi(t) =Acos( ω t+θ) 其中，A為振幅，ω為頻率，Θ為初相位，t為時間。6.根據權利要求4所述的數字波形調整方法，其特征在于，所述f2(t)為方波脈沖函數，其函數關系式為:f2(t) = e(t-ti)-e(t_t2) 其中，Kt)為階躍函數，t、tdPt2*時間。7.根據權利要求4-6中任一項所述的數字波形調整方法，其特征在于，將所述5(0的方波脈沖做平滑處理。8.根據權利要求7所述的數字波形調整方法，其特征在于，所述平滑處理是對所述f2(t)方波脈沖的上升沿和/或下降沿進行處理，使上升沿和下降沿的斜率的絕對值的最大值與ω的乘積小于預定值。9.根據權利要求7所述的數字波形調整方法，其特征在于，所述平滑處理是對所述f2(t)方波脈沖的上升沿和/或下降沿進行處理，使f2(t)在預定頻譜范圍所占比重超過預定的比例值。10.根據權利要求1-9中任一項所述的數字波形調整方法，其特征在于，采用對脈沖波形的突變進行平滑處理進行量子比特的操控。
【文檔編號】G06F1/02GK105912070SQ201610218655
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】娜希德·阿克塔, 吳玉林, 鄭亞銳, 鄧輝, 穆達薩·納齊, 黃克強, 郭學儀, 閆智廣, 寧魯慧, 金貽榮, 朱曉波, 鄭東寧
【申請人】中國科學院物理研究所