[发明专利]实现主动匀场和量子计算的方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种基于内置单一样品实现主动匀场和量子计算的方法、系统及介质，将用来做量子计算的样品内置在核磁共振探头内部，不更换样品，利用同一样品进行主动匀场(调节各阶匀场线圈中的电流)和量子计算，这种处理方案，由于将少量的样品密封在核磁共振探头内部，这样探头就可以做到完全密封，减少了从周围空间接收到与核磁信号同频的噪音，提高了信噪比。更重要的是切断了热量通过样品试管在室温和磁体保温腔体之间的传递，这样可以极大地减少磁体温控受室温波动的影响，进而得到非常均匀稳定的磁场，避免了在使用永磁体作为磁场源的情况下，更换样品试管以及把样品试管部分留在探头外部会导致磁体温度的不稳定，进而导致匀场和谱学分辨率的下降的问题。

技术领域

本发明涉及量子计算机技术领域，尤其涉及一种基于内置单一样品实现主动匀场和量子计算的方法、系统及介质。

背景技术

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。核磁共振(NMR)量子计算体系可以在常温常压下实现丰富的量子计算算法，有成熟的射频测控技术，实验条件简单。核磁共振的前提是需要带磁性的原子核在均匀的静磁场下，受到和它跃迁频率相同的射频电磁波的激发，产生共振现象，接收线圈能接收到感应衰减信号。相同的原子核在不同的静磁场下体现出不同的共振频率，如果想要所有的原子核表现出相同的共振特性，则需要一个极其均匀的磁场。一般永磁体的均匀度可以达到30ppm左右，如果需要0.1ppm量级的磁场均匀度就需要主动匀场线圈。主动匀场通过适当调整匀场线圈阵列中各线圈的电流强度，用匀场线圈产生局部磁场的变化来调节静磁场，提高整体磁场均匀性。一般核磁共振谱学或者核磁共振成像会使用H₂O，10％H₂O+90％D₂O混合物或者TMS作为匀场标准样品，这样¹H NMR信号信噪比和样品核磁谱线自身展宽方面比较好，但是在切换实验样品的时候，由于不同样品的磁化率不同，可能造成磁场的均匀度改变，以至于测试实验样品的时候磁场均匀度不在最佳状态。同时，由于要切换样品，样品试管不能密封在探头内部，有一部分要留在探头外部，这会导致探头线圈收到外界环境中的射频噪音。永磁体钕铁硼材料温度温漂1K，磁场的强度会变化大约1200ppm，所以想要得到稳定的高均匀度的磁场需要做好磁体的保温，使磁体温度均匀且稳定。在使用永磁体作为磁场源的情况下，更换样品试管以及把样品试管部分留在探头外部会导致磁体温度的不稳定，进而导致匀场和谱学分辨率的下降。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于内置单一样品实现主动匀场和量子计算的方法、系统及介质，以避免在使用永磁体作为磁场源的情况下，更换样品试管以及把样品试管部分留在探头外部会导致磁体温度的不稳定，进而导致匀场和谱学分辨率的下降的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种基于内置单一样品实现主动匀场和量子计算的方法，所述方法包括以下步骤：

选择一种用来作为主动匀场和量子计算的样品，将所述样品密封在核磁共振探头内部；

在未开启主动匀场的情况下，观测所述样品的¹H NMR信号；

在主动匀场的过程中，调节各阶匀场线圈中的电流，观察所述¹H NMR信号的变化，记录不同电流下，谱线的峰高、半高宽以及20％峰高处的宽度；

对比改变电流前后峰高变化的百分比、半高宽和20％峰高宽度变化的百分比，根据这三个变化百分比来衡量改变电流后磁场是否更均匀，并得到利用所述样品找到的磁场最均匀状态对应的主动匀场参数；

在磁场最均匀状态下，再次观测所述样品的¹H NMR信号；

通过射频电磁场分别操控所述样品的¹H NMR信号中直接耦合的两原子核，利用该两原子核的核磁矩进行量子计算门操作，以及读取该两原子核的最终状态，得到量子计算参数。