[发明专利]实现状态探测的系统、方法和装置

说明书

本文公开一种实现状态探测的系统、方法和装置，实现状态探测的系统包括：激光器和离子阱；其中，激光器产生探测激光，探测激光按照第一方向传播，以使三维量子比特阵列中的单层量子比特产生用于状态探测的荧光；在进行状态探测时，离子阱沿第二方向移动三维量子比特阵列，使需要照射的单层量子比特位于可被探测激光照射的位置；其中，探测激光的横截面尺寸在第二方向覆盖单层量子比特。本发明实施例移动三维量子比特阵列使需要照射的单层量子比特可被探测激光照射，通过横截面在第二方向覆盖单层量子比特的探测激光照射单层量子比特，在无需使用强的梯度磁场和磁场敏感的态的情况下，实现了三维量子比特阵列的状态探测。

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种实现状态探测的系统、方法和装置。

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。量子计算机的基础逻辑单元是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，量子计算机在解决一些特定问题时运算时间可大幅度减少，在未来的基础科学研究、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，因此受到了广泛关注。利用囚禁于势阱中的离子或原子量子比特阵列可以在已有实验条件下实现高保真度的量子逻辑门操作。离子量子比特在相互作用控制、长相干时间、高保真度量子逻辑门操作及量子纠错等衡量量子计算性能的关键指标方面都有非常优秀的表现，是最有可能实现量子计算机的平台之一。

量子计算的核心处理包括对量子比特进行状态探测，以获取在量子比特上存储的信息。对于离子型或者原子型的量子比特阵列，主要使用荧光探测的方法实现状态探测；图1为相关技术实现状态探测装置的组成示意图，如图1所示，激光器产生探测激光，量子比特在探测激光照射下释放大量荧光，成像系统中的荧光搜集系统搜集部分荧光后传送至自身包含的探测器，探测器根据接收到的荧光实现量子比特的状态探测。对于多量子比特系统，探测激光、荧光搜集系统和探测器一般具有单量子比特空间的分辨率，即：探测激光的截面大小只覆盖单个量子比特；荧光搜集系统和探测器在垂直于探测轴的两个方向上具有单量子比特空间分辨率(分布于垂直于探测轴平面内的量子比特发出的荧光在探测器上不会相互重叠)，而沿着探测轴方向(荧光搜集系统的主轴方向)则不具备单量子比特空间的分辨率，因此，无法实现三维量子比特阵列中量子比特的状态探测。然而，三维量子比特阵列是实现量子计算机扩展的一个重要方向；相关技术中，三维量子比特阵列的状态探测主要依赖于强磁场梯度，借助强磁场梯度可以实现沿着探测轴方向的单量子比特空间分辨率；在探测轴方向上施加梯度磁场，沿着探测轴的不同平面上的量子比特感受到的磁场强度不同，因此，产生的塞曼能级移动不同，进而用于状态探测的探测激光的频率不同。对于某一频率的探测激光，只有与之近共振的量子比特会发出荧光，通过改变探测激光的频率可以实现对被探测的量子比特的选择。图2为相关技术另一状态探测装置的组成示意图，如图2所示，沿着探测轴方向施加梯度磁场后，每层量子比特的塞曼能级移动不同，所对应的共振频率也不同。探测激光覆盖所有量子比特；通过调节探测激光的频率，实现选择性地探测某一层量子比特；例如，调节探测激光频率，使之与第n层量子比特共振，则只有第n层量子比特发出荧光，从而第n层量子比特被探测，而其它层的量子比特则不被探测；通过施加梯度磁场实现状态探测的方案需要使用强的梯度磁场，具有一定的技术难度；另外，为了增加空间分辨率，需要使用磁场敏感的态来编码量子比特，这些态的相干时间较短，会对量子计算机的性能造成极大的限制。

如何实现对三维量子比特阵列中的量子比特进行状态探测，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实现状态探测的系统、方法和装置，能够在无需使用强的梯度磁场和磁场敏感的态的情况下，实现三维量子比特阵列的状态探测。

本发明实施例提供了一种实现状态探测的系统，包括：激光器和离子阱；其中，