[实用新型]桌面型核磁共振量子计算机

说明书

本实用新型公开一种桌面型核磁共振量子计算机，包括：磁体、温控模块、主控板、匀场模块、探头和控制线圈，温控模块连接在主控板与磁体之间，用于控制磁体的磁场强度，进而控制磁体保持稳定的温度；探头和控制线圈连接在所述主控板与样品之间，用于实现多路信号的收发；匀场模块置于磁体处，并与主控板连接，用于产生补偿磁场，与磁体产生的磁场叠加；主控板，用于产生控制信号并接收探测信号。本实用新型不但缩小了体积，降低了制造成本，不需要更换样品，还有免维护的优点。

技术领域

本实用新型涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种桌面型核磁共振量子计算机。

背景技术

随着经典计算机的摩尔定律失效，以及现有的半导体工艺越来越接近经典极限尺寸，新的计算机体系的研发需求越来越高。在众多新的计算机体系架构中，由于量子计算(Quantum Computing，简称QC)在很多问题的解决上具有指数级的加速，其被认为是下一代有望颠覆现有计算体系的架构。世界经济论坛指出“量子计算将给科学、技术、经济及生活的每一个层面带来巨大变革”。

目前实现量子计算的物理实验平台有很多种，如核磁共振(Nuclear MagnetResonance，简称NMR)、超导量子芯片、离子阱、光量子等。其中核磁共振这个平台是起步最早、发展最为完善、实现量子算法最多的系统。核磁共振量子计算利用在强磁场中的原子核自旋作为量子比特进行量子计算，通过同一个分子中的不同原子核之间的J耦合实现不同量子比特之间的量子纠缠。例如Grover量子搜索算法，量子纠错码，量子绝热算法，以及量子拓扑相观测等都已经在核磁共振量子计算平台上被演示。基于核磁共振量子计算平台的研究，科学家们发展出了很多量子测控技术和算法，现在这些技术和算法已经应用于其它平台的量子计算领域。

现有的核磁共振量子计算机(Quantum Computer)采用超导线圈产生强磁场(例如：10特斯拉，1特斯拉＝10000高斯，约为地磁场的百万倍)，超导线圈工作在超低温环境下，需要日常添加液氦液氮保持低温环境。这些仪器价格昂贵，体积都比较庞大，需要安装在几米高的空间里。在使用它们进行量子计算之前，一般需要花费长期的时间去学习如何操作和控制这些仪器。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种小型化，重量轻，生产成本低的桌面型核磁共振量子计算机，为其它量子计算机平台的产业化指明方向。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种桌面型核磁共振量子计算机，包括：磁体、温控模块、主控板、匀场模块、探头和控制线圈，其中：

所述温控模块连接在所述主控板与磁体之间，用于控制磁体的磁场强度，进而控制磁体保持稳定的温度；

所述探头和控制线圈连接在所述主控板与样品之间，用于实现多路信号的收发；

所述匀场模块，置于所述磁体处，并与所述主控板连接，用于产生补偿磁场，与所述磁体产生的磁场叠加；

所述主控板，用于产生控制信号并接收探测信号。

其中，所述主控板包括FPGA模块、双路DAC及双路ADC，所述FPGA模块用于产生多路不同频率的控制射频信号并通过双路DAC对外发出，以及通过所述双路ADC接收不同频率的探测射频信号并解调。

其中，所述桌面型核磁共振量子计算机还包括：功率放大器、带通滤波器、收发转换器、前置放大器；所述探头和控制线圈通过所述功率放大器、带通滤波器、收发转换器、前置放大器连接所述主控板；其中：

所述探头和控制线圈通过收发转换器、带通滤波器及功率放大器连接所述双路DAC；以及通过收发转换器、前置放大器连接所述双路ADC；

所述功率放大器，用于放大主控板发出的控制信号；

所述带通滤波器，用于防止不同频率的控制信号经过探头后串扰其它通道的功率放大器；