[发明专利]基于腔原子耦合系统的分布式量子计算系统、方法及介质

权利要求书

1.一种基于腔原子耦合系统的分布式量子计算系统，其特征在于：包括第一光学微腔(A)、第二光学微腔(B)和第三光学微腔(C)、两个量子位原子、一个与光学微腔(B)耦合的四能级辅助原子，第一光学微腔(A)、第二光学微腔(B)和第三光学微腔(C)通过光纤串联，两个量子位原子分别和第一光学微腔(A)和第三光学微腔(C)耦合，辅助原子由两个外部场驱动，其中一个为微波场Ω_MW，另一个为弱激光场Ω，该辅助原子作为腔内光子源和探测器使用，设定脉冲长度和单量子位旋转，实现具有保真度满足要求的分布式量子门。

2.根据权利要求1所述的基于腔原子耦合系统的分布式量子计算系统，其特征在于，所述两个量子位原子都为Λ型三能级原子，其具有两个基态|0和|1，和一个激发态|e，每个量子位原子以相同的耦合强度g与所在的腔模a_A或a_C相互作用，且每个量子位原子从|e态衰减到|d态的速率为γ；辅助原子包括两个基态|g和|f和两个激发态|E₁和|E₂，的跃迁通过耦合强度g_f与腔模a_B耦合，|E₂和|E₁分别衰变到|g和|f，衰变速率分别为γ_g和γ_f；的跃迁由设定的激光驱动，驱动强度为Ω，同时，的跃迁由微波场驱动，耦合强度为Ω_MW，抑制辅助原子自发辐射到|g态所引起的不可检测误差。

3.根据权利要求2所述的基于腔原子耦合系统的分布式量子计算系统，其特征在于，所述脉冲长度设置为t_CZ＝π|Δ₂-2Δ₁+Δ₀|^-1，脉冲过后，将酉运算U|0＝exp(iΔ₀t_cz/2)|0，U|1＝exp(iΔ₁t_cz/2)|1作用在每个量子位上。

4.基于权利要求1～3任一所述的基于腔原子耦合系统的分布式量子计算系统的计算方法，其特征在于：包括：

基于哈密顿量构建分布式量子计算系统子的物理模型；

利用一种基于Lindblad形式的主方程对系统的耗散动力学进行分析；

设定脉冲长度，将相位演化的过程与单比特旋转相结合来实现预报式控制相位门；

对该量子计算系统的演化过程进行验证；

结合预报式操作和无消相干子空间方法，实现保真度满足要求的逻辑比特门。

5.根据权利要求4所述的基于腔原子耦合系统的分布式量子计算方法，其特征在于：构建分布式量子计算系统子的物理模型引入了三个非局域玻色模式c₁、c₂和c₃，总哈密顿量表示为其中

其中Δ_E1、Δ_E2和Δ_e为失谐值，H.c.表示共轭哈密顿量。

6.根据权利要求5所述的基于腔原子耦合系统的分布式量子计算方法，其特征在于：若量子在单激发态子空间内，哈密顿量为其中Δ_N就是交流斯塔克位移，P_N表示在子空间上的投影，该子空间由N个处于|1态的量子位表征。

7.根据权利要求6所述的基于腔原子耦合系统的分布式量子计算方法，其特征在于：所述相位演化的过程具体为：

其中ρ为系统的密度矩阵，为有效哈密顿量，为有效Lindblad算符，其中L_j表示原子和腔的Lindblad算符，H_NH是无跳跃哈密顿量，其由可得。