[发明专利]核磁共振同核三比特赝纯态制备方法及系统

说明书

本发明公开一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法及系统，在方案中，尽量减小零阶相干项的产生，有一半的零阶相干项都可以被削弱，并在梯度场之前将较大的零阶相干项转变为非零阶相干项。这样，在很好的近似下，梯度场就可以将核磁量子态中除了赝纯态外的所有相干项去除。而且，在同核三比特系统中，只需要一个梯度场，就可以制备出一个高理论保真度的赝纯态。

技术领域

本发明涉及量子计算机技术领域，特别涉及一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法及系统。

背景技术

核磁共振量子计算要求能够制备量子计算初始态—赝纯态。赝纯态的动力学表现、测量表现均与纯态相同。赝纯态制备是核磁共振量子计算所特有的一个步骤，地位与其他量子计算系统中的初始化相同。

现有的赝纯态制备有如下方法：时间平均法(PRA 57,3348)、空间平均法(PNAS94,1634)、控制传输法(PRA 82,032315)、弛豫法(PRA 94,012312)、line-selective方法(Chemical Physics Letters 340,509)等。

其中，时间平均法，对于三比特情形，需要先后共运行实验六次，将实验结果加在一起，作为最后的实验结果，较费时，并需要谱仪具有较好的时间稳定性。空间平均法，需要多次使用脉冲梯度场(三比特情形，需要三次梯度场)，且制备赝纯态的效率较低(即最后的核磁共振信号较弱)。控制传输法，也是需要多次使用脉冲梯度场，比如三量子比特情形，需要使用五次梯度场。弛豫法是较好的方法，制备赝纯态效率高于其他方法，劣势是单次实验中，需要多次(上百次)循环同一脉冲序列，较费时，且脉冲循环次数、循环间隙等待时间均需在实际谱仪上优化。Line-selective方法只需要一次梯度场，但是不适用于同核核磁系统，原因在于，梯度场无法消除该方法中产生的零阶相干项，进而无法在同核系统中制备出赝纯态。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法及系统，可以尽量减小零阶相干项的产生，提升赝纯态的保真度。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种核磁共振同核多比特赝纯态制备方法，包括以下步骤：

利用射频脉冲，从热平衡态构造|001与|011之间、|010与|110之间、|100与|101之间的一阶相干项，并将他们对应的对角元都减小到零，所用到的幺正操作是Λ₁、Λ₂、Λ₃分别是|001与|011、|010与|110、|100与|101的跃迁算符：Λ₁＝|001011|+|011001|，Λ₂＝|010110|+|110010|，Λ₃＝|100101|+|101100|；

利用幺正操作将热平衡态偏移密度矩阵中|111上的投影几率(-1.5)部分转移到|011，|101与|110态上，所用到的幺正操作是U₂＝exp(-i*α*(Λ₄+Λ₅+Λ₆))，这里Λ₄、Λ₅、Λ₆分别是|111与|011、|111与|101、|111与|110态之间的跃迁算符：Λ₄＝|111011|+|011111|，Λ₅＝|111101|+|101111|，Λ₆＝|111110|+|110111|；

通过幺正操作，将ρ_4,4、ρ_6,6、ρ_7,7投影概率的一半转移到ρ_2,2、ρ_3,3、ρ_5,5；所用到的幺正操作是U₃＝exp(-i*β*(Λ₁+Λ₂+Λ₃))，这里