[发明专利]一种实现状态相干转移的方法、装置及量子计算机

说明书

本文公开一种实现状态相干转移的方法、装置及量子计算机。本发明实施例通过参数调整获得的第一拉曼激光和第二拉曼激光，可实现离子量子比特在第一长寿命能级和第二长寿命能级之间的拉曼跃迁，且当第一拉曼激光或第二拉曼激光是寻址光时，拉曼跃迁具有单比特寻址能力；基于参数调整获得的第一拉曼激光和第二拉曼激光，在避免发生串扰错误的同时，实现了离子量子比特的具备单比特寻址能力的状态相干转移。

技术领域

本文涉及但不限于量子计算技术，尤指一种实现状态相干转移的方法、装置、计算机存储介质及终端。

背景技术

对于离子量子计算，量子信息编码在离子的自旋状态上。离子量子比特具有全同性，对部分离子的激光操作，有可能会在周围离子上引起串扰错误，为了避免串扰错误，相关技术利用离子的另一组亚稳态对暂不参与操作的离子进行保护性存储。图1为相关技术离子量子比特的状态相干转移示意图，如图1所示，离子量子比特编码在离子的基态能级(示意图中简写为基态)的两个子能级上(示意图中的|0和|1)；初态制备、逻辑门操作和状态探测等操作在基态上执行。离子具有另一个亚稳态能级(示意图中简写为亚稳态)，也具有可以用于编码离子量子比特的两个子能级(示意图中的|0′和|1′)；当需要对处于基态能级上的部分离子量子比特进行上述量子操作时，将其余不参与操作的离子量子比特事先相干转移到亚稳态进行保护性存储，以此避免串扰错误。离子量子比特的状态相干转移是指将离子量子比特在两个长寿命能级之间进行转移，且保持其量子信息不丢失；数学上表述为转移前后量子状态的叠加系数不发生改变，即在状态α|0+β|1与状态α|0′+β|1′之间转换。

相关技术中，主要利用与基态能级和亚稳态能级之间共振的激光来实现离子量子比特状态的相干转移；该过程所涉及的激光往往具有较长的波长，不利于实现单比特寻址，即离子量子比特的状态相干转移过程本身具有串扰错误；图2为相关技术量子比特的状态相干转移的示意图，图中示例的离子为¹⁷¹Yb⁺，如图2所示，对¹⁷¹Yb⁺离子进行相干转移的目标是将¹⁷¹Yb⁺离子在基态能级²S_1/2与亚稳态能级²F_7/2之间转移，且保持量子态的相干性不丢失；相关技术首先利用共振的411纳米激光，实现从基态能级²S_1/2到中间态能级²D_5/2的转移；再利用共振的3432纳米激光实现从中间态能级²D_5/2到亚稳态能级²F_7/2的转移，从而实现了从基态能级²S_1/2到亚稳态能级²F_7/2之间的转移；或者反过来实现从亚稳态能级²F_7/2到基态能级²S_1/2之间的转移。假设基态能级的两个子能级分别为|0和|1，亚稳态能级的两个子能级分别为|0′和|1′，中间态能级分别为|0″和|1″，为了保证量子态的相干性不丢失，需要两条基矢之间的转移路径同时完成，即与同时完成；上述两条基矢之间的转移路径可以通过具有两个频率成分的411纳米激光与具有两个频率成分的3432纳米激光分步完成，即具有两个频率成分的411纳米激光完成与的迁移，具有两个频率成分的3432纳米激光完成与的迁移。上述转移过程中涉及到的3432纳米激光由于波长较长，很难聚焦到只覆盖一个离子的尺寸大小，因此难以实现单比特寻址，此外3432纳米激光是共振的激光，这将导致该激光不可避免地会影响到被寻址离子旁边的离子。例如，如果被寻址的离子旁边的离子已经处于亚稳态能级²F_7/2，当开启411纳米激光和3432纳米激光对被寻址离子进行相干转移时，旁边的离子会被3432纳米激光激发到中间态能级²D_5/2上，从而引起串扰错误。

综上，如何避免离子量子比特的状态相干转移过程中发生串扰错误，成为一个有待解决的问题。

发明内容