[发明专利]一种量子比特逻辑门

说明书

本文公开一种量子比特逻辑门，本发明实施例基于每一个离子在选定方向上受到预设的简谐势的约束的二维离子阵列，通过将动量反冲作用于二维离子阵列中任意两个近邻离子，实现了双量子比特逻辑门；该基于二维离子阵列实现的量子比特逻辑门在离子数上不受限制；通过动量反冲保证了双量子比特逻辑门的运算速度。

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种量子比特逻辑门。

背景技术

量子计算机是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备，其基础逻辑单元由遵守量子力学原理的量子比特构成，大量相互作用的量子比特可以在物理上实现量子计算机。相对于传统计算机，在一些特定问题上，量子计算机可以极大的降低计算复杂度，大大减少完成计算所需的时间。量子计算机未来在基础科学研究、量子通讯及密码学、人工智能、金融市场模拟、气候变化预测等方面具有广泛的应用前景，因此备受关注。

利用囚禁于离子阱中的离子量子比特阵列，可以实现各种高保真度的量子逻辑门操作。离子的量子比特在相干时间、量子逻辑门操作保真度、量子比特控制、相互作用控制以及量子纠错等方面均有优异的性能，且目前关于离子型量子计算的实验技术也有着丰富的积累与突破，因此离子型量子计算机成为可能实现量子计算机的方案之一。

相关技术中的小规模离子型量子计算机主要基于一维的离子链结构。由于实验技术的限制，一维的离子链结构只适用于约100以下的离子量子比特数。如何进一步提高离子量子比特数，采用何种离子量子比特的阵列构型来实现可扩展、大规模的离子量子计算，是实现量子计算机的核心技术问题；对量子计算机系统的复杂度、逻辑门操作的速度及保真度、量子算法设计的灵活性以及整个系统占用的物理资源等问题都有着重要的影响。此外，常见的双量子比特逻辑门为加快运算速度，通常采用离子间距(约几微米)较小的离子量子比特的阵列构型。但离子间距小会出现离子相互影响大的问题，使得双量子比特逻辑门的设计随离子数的增加而变得更复杂。如何设计适用更多离子量子比特数的量子比特逻辑门，成为一个有待解决的问题。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种量子比特逻辑门，能够在克服量子逻辑门离子数受限前提下，实现量子比特逻辑门。

本发明实施例提供了一种量子比特逻辑门，包括：二维离子阵列和动量反冲单元；其中，

二维离子阵列中的每一个离子，在选定方向上受到预设的简谐势的约束；

动量反冲单元设置为：将动量反冲作用于二维离子阵列中任意两个近邻离子，以实现双量子比特逻辑门。

在一种示例性实例中，所述二维离子阵列包括以下任意之一：

每个离子均独立地束缚于一个微型阱时，生成的二维离子阵列；

由两条以上堆链组成的二维离子阵列；其中，每一个所述堆链包括两个以上离子排列。

在一种示例性实例中，所述动量反冲单元设置为：

通过一对不沿同一方向传播的脉冲激光使离子量子比特产生拉曼跃迁，以产生所述动量反冲；

将产生的所述动量反冲同时作用在所述二维离子阵列中任意两个近邻离子上，以进行两个近邻离子之间的所述双量子比特逻辑门。

在一种示例性实例中，所述简谐势的强度，由所述二维离子阵列的离子间距和所述脉冲激光的参数确定。

在一种示例性实例中，所述动量反冲的数量和模式，由所述二维离子阵列的离子间距和所述脉冲激光的参数确定。

在一种示例性实例中，所述量子比特逻辑门还包括静电场单元，设置为：产生所述简谐势。

在一种示例性实例中，所述量子比特逻辑门还包括射频电场单元，设置为：通过自身射频电场产生所述简谐势。