[发明专利]构建量子逻辑门的方法、装置、计算机存储介质及终端

说明书

本文公开一种构建量子逻辑门的方法、装置、计算机存储介质及终端，包括：将超精细量子比特转化为光量子比特；基于转化获得的光量子比特执行量子逻辑门操作；将执行完量子逻辑门操作后的光量子比特逆转化为超精细量子比特。本发明实施例一方面，只需要在单次的转化、量子逻辑门操作和逆转化中保持激光相位稳定即可，无需在多次操作之间保持相位稳定，降低了对激光相位稳定性的要求，利用光量子比特执行量子逻辑门操作，确保了量子逻辑门的高保真度；另一方面，在执行完量子逻辑门操作后，将光量子比特转化回超精细量子比特，使构建的量子比特编码在超精细结构能级上，提升了量子比特的工作寿命。

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种构建量子逻辑门的方法、装置、计算机存储介质及终端。

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、金融市场模拟和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量子比特阵列可以在已有实验条件下实现各种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、长相干时间和高保真度量子逻辑门操作及量子纠错等进行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。

量子比特具有两个不同的状态，称之为计算基矢，计算基矢的选择称为量子比特编码；根据量子比特编码方式不同，离子型量子比特通常分为两类；第一类量子比特编码在超精细结构能级上，称之为超精细量子比特(hyperfine qubit)；量子计算的重要步骤是构建高保真度的量子逻辑门；图1为基于超精细量子比特构建量子逻辑门的示意图，如图1所示，S能级上具有两个超精细量子比特的能级，分别用量子数F和F′表示；两个计算基矢(|↓、|↑)分别选取F能级和F′能级上的两个塞曼能级m_F和m_F′，即|↓＝|S，F，m_F，|↑＝|S，F′，m′_F。两个计算基矢之间能量差在微波波段，为吉赫兹(GHz)到几十吉赫兹量级。超精细量子比特主要基于拉曼跃迁构建量子逻辑门，借助短寿命的上能级P，使用两路远失谐的激光诱导计算基矢|↓与|↑之间产生拉曼跃迁，进而构建量子逻辑门。构建量子逻辑门的过程中，量子比特会有一定的概率被激发到上能级P，由于能级P的态寿命短，量子比特在制备量子逻辑门后会发生退相干的自发辐射，导致信息丢失，降低量子逻辑门的保真度。第二类量子比特编码在频率差为光学波段的两个能级上，称之为光量子比特(optical qubit)；图2为基于光量子比特构建量子逻辑门的示意图，如图2所示，两个能级S和D之间的跃迁可以由激光实现，两个计算基矢分别选取为这两个能级上的其中两个塞曼能级，即|↓＝|S,F,m_F,|↑′＝|D,F″,m″_F。光量子比特的两个编码能级为长寿命能级，能级寿命远大于量子逻辑门的制备时间，发生退相干的几率大大减小，因此，容易制备高保真度的量子逻辑门，对于光量子比特，通常使用一路近共振的激光来实现量子逻辑门。