[发明专利]量子计算机以及量子计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用光共振器和原子的结合的量子计算机以及量子计算方法。

背景技术

近年来，量子计算机的热烈开展。作为量子计算机的实现方法，提出了如下的方法：在光共振器内准备多个具有三种状态的物理系统，利用稳定的两个下状态作为量子比特，并使空间上分离的物理系统之间通过光共振器的光子来结合(例如，参照专利文献1)。在日本专利文献1中，利用两个下状态间的频率差在各自的物理系统不同的事实，来由光频率区别量子比特。并且，由于利用两个光子的共振来操作状态，因此如果在各个物理系统中下状态间的频率差分别不同，则只有一个物理系统进行两个光子共振而被操作，通过设定光的频率可有选择地操作各个物理系统。

特别考虑了如下所述的固体量子计算机，因为在结晶体中掺杂的离子的核自旋状态下，脱散是非常慢的，因此将由离子的核自旋决定的能级(超细微等级)作为量子比特使用，在量子比特的选择上使用了其不均匀的宽度。但是，因为超细微等级的不均匀宽度一般不太大，因此这被看作对增加量子比特数成为障碍的问题。

专利文献1：日本专利文献特开2001-209083号公报。

发明内容

本发明是考虑上述情况而完成的，其目的是提供一种能够增加量子比特数的量子计算机以及量子计算方法。

根据本发明的第一方式的量子计算机包括：具有：N个物理系统，具有光学上允许在下3状态|0＞、|1＞、|2＞和上2状态|3＞、|4＞之间的跃迁的5个状态|0＞、|1＞、|2＞、|3＞、|4＞，N是2以上的整数；以及光共振器，在内部配置这些物理系统，所有物理系统的|2＞和|3＞之间的跃迁的跃迁频率同所述光共振器的共振频率相等；|3＞和|4＞之间的跃迁频率的分布宽度比所述下3状态间的跃迁频率的最大值大N倍以上；同某一物理系统的|0＞和|4＞之间、|1＞和|4＞之间或者|2＞和|4＞之间的跃迁共振的光和其他物理系统的所有光跃迁充分非共振。

另外，根据本发明第二方式的量子计算机包括：N个物理系统，具有光学上允许在下4状态|0＞、|1＞、|2＞、|5＞、|6＞和上2状态|3＞、|4＞之间的跃迁的6个状态|0＞、|1＞、|2＞、|3＞、|4＞、|5＞、|6＞，N是2以上的整数；以及光共振器，内部配置这些物理系统，所有物理系统的|2＞和|3＞之间的跃迁的跃迁频率同所述光共振器的共振频率相等；|3＞和|4＞之间的跃迁频率的分布宽度比所述下3状态间的跃迁频率的最大值大N倍以上；同某一物理系统的|0＞和|4＞之间、|1＞和|4＞之间、|2＞和|4＞之间、|2＞和|5＞之间或者|6＞和|4＞之间的跃迁共振的光和其他物理系统的所有光跃迁充分非共振。

另外，根据本发明的第三个方式的量子计算方法，使用权利要求1所述的量子计算机，其特征在于，对于两个物理系统，利用同|0＞和|4＞之间以及|2＞和|4＞之间的跃迁共振的光，把状态|0＞变化到状态|2＞，将共振的光脉冲入射到共振器，利用同|0＞和|4＞之间以及|2＞和|4＞之间的跃迁共振的光，将状态|2＞返回到状态|0＞，对于由所述两个物理系统的状态|0＞和状态|1＞构成的量子比特进行控制非门操作。

另外，根据本发明第四个方式的量子计算方法，使用权利要求2所述的量子计算机，其特征在于，对于第k个物理系统和第m个物理系统，m≠k，在第k个物理系统，利用同|1＞和|4＞之间以及|5＞和|4＞之间的跃迁共振的光，把状态|1＞变化到|5＞，在第m个物理系统，利用同|1＞-|4＞之间以及|2＞-|4＞之间的跃迁共振的光，把状态|1＞变化到状态|2＞，用同第k个物理系统的|5＞和|3＞之间的跃迁以及第m个物理系统的|6＞和|3＞之间的跃迁共振的两个光脉冲，进行利用共振器的绝热转移，

用同所述两个光脉冲的相对相位相差180度的、同第k个物理系统的|5＞和|3＞之间的跃迁以及第m个物理系统的|6＞和|3＞之间的跃迁共振的两个光脉冲，进行利用共振器的绝热转移，在第k个物理系统，使用同|1＞和|4＞之间以及|5＞和|4＞之间的跃迁共振的光，把状态|5＞返回到状态|1＞，在第m个物理系统，使用同|1＞和|4＞之间以及|2＞和|4＞之间的跃迁共振的光，把状态|2＞返回到状态|1＞，对由第k个物理系统以及第m个物理系统的状态|0＞和状态|1＞构成的量子比特，进行控制非门操作。

根据本发明，通过利用在不同的物理系统之间的光跃迁的跃迁频率充分不同来进行物理系统的选择，由此可增加量子比特的个数。

附图说明

[图1]本发明的一实施方式的量子计算机的基本结构图。