[发明专利]一种实现动量反冲的方法、构建量子逻辑门的方法及装置

说明书

一种实现动量反冲的方法、构建量子逻辑门的方法及装置，包括：选择包含第一长寿命能级和第二长寿命能级的离子量子比特；通过预设的脉冲激光照射选择的离子量子比特，使离子量子比特在第一长寿命能级和激发态能级之间发生共振跃迁；其中，脉冲激光的频率等于第一长寿命能级和激发态能级的频率差的绝对值，脉冲激光的单个激光脉冲的持续时间长度为飞秒量级；离子量子比特的编码基矢是第一长寿命能级的两个塞曼子能级；第一长寿命能级和第二长寿命能级可相干转移。本发明实施例通过共振跃迁实现自旋相关动量反冲(SDK)，压制了离子量子比特自发辐射导致的退相干错误；只激发处于特定自旋状态的离子量子比特发生共振跃迁，提高了实现SDK的保真度。

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种实现动量反冲的方法、构建量子逻辑门的方法及装置。

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由遵守量子力学的量子比特构成，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，可以在现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、高保真度量子逻辑门操作及量子纠错等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。

在囚禁原子(或离子)系统中，利用自旋相关动量反冲(SDK，spin dependentkick)技术，可以有效减小量子逻辑门的操作时间，提高系统对热噪声的抗噪性，具有更好的可扩展性。量子比特吸收或释放光子时会受到动量反冲。SDK的原理通过调整激光的偏振、频率等参数，使得量子比特所受到的动量反冲与其所处自旋状态有关。SDK将量子比特的运动模式(动量)和自旋状态相耦合，利用这一特性构建多比特量子逻辑门，即通过调控产生SDK的激光脉冲的到达时间、方向和数量，使得多比特逻辑门操作结束时多量子比特的运动状态和自旋状态解耦合，但不同的自旋状态获得不同的相位，从而构造多量子比特自旋状态的纠缠态。

相关技术中，一般使用远失谐的皮秒激光脉冲，借助非钟态跃迁实现SDK；该方案存在以下缺点：激光脉冲时间长，上能级自发辐射所致的退相干效应不能完全忽略；处于两种垂直自旋状态的量子比特均可吸收光子，相互干扰。以上缺点使得SDK保真度受到限制，影响了量子逻辑门的保真度。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种实现自旋相关动量反冲的方法、构建量子逻辑门的方法及装置，能够提升SDK和量子逻辑门的保真度。

本发明实施例提供了一种实现自旋相关动量反冲的方法，包括：

选择包含第一长寿命能级和第二长寿命能级的离子量子比特；

通过预设的脉冲激光照射选择的离子量子比特，使离子量子比特在第一长寿命能级和激发态能级之间发生共振跃迁；

其中，所述脉冲激光的频率等于所述第一长寿命能级和所述激发态能级的频率差的绝对值，所述脉冲激光的单个激光脉冲的持续时间长度为飞秒量级；所述离子量子比特的编码基矢是第一长寿命能级的两个塞曼子能级；所述第一长寿命能级和第二长寿命能级可相干转移；所述第一长寿命能级包括：能级寿命大于第一预设倍数的量子操作时长的能级。

另一方面，本发明实施例还提供一种构建量子逻辑门的方法，包括：

选择包含第一长寿命能级和第二长寿命能级的两个以上离子量子比特；

将预设数量组第一SDK激光脉冲照射到选择的两个以上离子量子比特上，以构建量子逻辑门；