[发明专利]单量子比特相对相位的判断方法、装置、设备及存储介质

说明书

本申请公开了一种单量子比特相对相位的判断方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：通过绕z轴旋转第一设定角度，对Bloch球上的相位门进行第一扫描；在每个扫描点上，通过绕y轴旋转第二设定角度进行第二扫描；当相位门将量子比特态矢旋转到(+x，z)半平面中时，以第一扫描范围和第二扫描范围为轴，画出热度图，从热度图中测量得到|1态的概率最高点；采用2π减去概率最高点对应的相位门的相位角，计算得到单量子比特的相对相位角。本申请将寻找单量子比特纯态相对相位的问题转换成利用什么角度的相位门能将比特态矢旋转到(+x，z)半平面中，整个判断过程简单直观。

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，特别是涉及一种单量子比特相对相位的判断方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

1965年，戈登摩尔提出了著名的摩尔定律。他指出，每平方毫米集成电路芯片上所容纳的晶体管数目，每18个月就会翻一倍。但是，随着晶体管尺寸越做越小，将会面对量子极限问题，从而导致摩尔定律的失效，经典计算机计算能力的提升也将越来越困难。量子计算是解决这一问题的潜在技术。

与经典计算里基于电平高低来表示二进制中一个比特的0和1不同，量子计算中常常基于各类二能级系统来表示量子比特的|0或|1(此处采用狄拉克符号表示方法)。并且，由于量子力学的态叠加原理，单个量子比特可以处于形如a|0+b|1的叠加态，式中a和b称为概率幅，均为复数形式。由于量子比特的全局相位不存在物理观测效应，因此，可以将量子比特纯态的一般形式写为其中c和d均为实数，单量子比特的相对相位体现在了e指数项上。

单量子比特的一般纯态写为由于c²+d²＝1，因此，如图1所示，单量子比特的纯态可以用由三维坐标系中的原点指向单位球面(Bloch球)上的单位矢量来表示，并且不失一般性，单量子比特的纯态可以写为对量子比特进行测量，将有(cosθ)²的概率测得|0态，(sinθ)²的概率测得|1态，也就是说，测量结果只与θ有关。由于对量子比特的测量是向计算基矢的投影过程，测量后量子比特将会有概率地塌缩到计算基矢其中之一的状态，因此无法从测量结果直接测量得到量子比特的相对相位的信息。但是，此相位信息是量子态有别于经典状态的基础，也是实现量子纠错和量子傅里叶变换算法的条件，寻找一种能够简单地判断被测状态相位角的方法尤为重要。传统的相位角判断方法为量子态层析，但是通过量子态层析准确地判断相位角大小依赖于高精度的量子比特测控与读取，并且量子态层析需要求解超定方程，由于控制和测量误差的引入一般无法获得该超定方程的解析解。

因此，如何简单地判断单量子比特相对相位大小，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单量子比特相对相位的判断方法、装置、设备及存储介质，可以简便直观的判断出单量子比特的相对相位。其具体方案如下：

一种单量子比特相对相位的判断方法，包括：

通过绕z轴旋转第一设定角度，对Bloch球上的相位门进行第一扫描；

在每个扫描点上，通过绕y轴旋转第二设定角度进行第二扫描；

当相位门将量子比特态矢旋转到(+x，z)半平面中时，以第一扫描范围和第二扫描范围为轴，画出热度图，从所述热度图中测量得到|1态的概率最高点；

采用2π减去所述概率最高点对应的相位门的相位角，计算得到单量子比特的相对相位角。

优选地，在本发明实施例提供的上述单量子比特相对相位的判断方法中，通过绕z轴旋转第一设定角度，对Bloch球上的相位门进行第一扫描，具体包括：

把单量子比特对应的第一态矢绕z轴沿逆时针方向旋转第一设定角度至第二态矢，对Bloch球上的相位门进行第一扫描；