[发明专利]一种量子系统控制方法和装置

说明书

本发明实施例提供了一种量子系统控制方法和装置，该方法包括:确定量子系统对应于退相干噪声进行演化的无退相干子空间；确定量子系统在无退相干子空间中的目标演化矩阵；根据预设的控制优化目标函数，更新量子系统的控制参数，使得基于更新后的控制参数获取的系统演化矩阵逼近目标演化矩阵，且基于更新后的控制参数获取的量子态所处的空间逼近无退相干子空间。

技术领域

本发明涉及量子计算领域，尤其涉及一种量子系统控制方法和装置。

背景技术

随着建造量子计算机的深远意义和广泛的使用前景被越来越多的认识到，人类对于建造通用量子计算机的需求越来越迫切。随着超导量子比特、离子阱、冷原子、线性光学、氮空位缺陷色心、核磁共振等体系的研究，目前可以建造越来越多的量子系统,即量子比特体系。然而，实现高保真度的量子逻辑门仍然是一个核心的问题。

为了克服环境噪声、操控误差等对量子操控带来的影响，目前发展出了一系列技术，例如，最优化控制技术、退相干保护子空间上通用计算技术。但是上述技术均存在各自的缺陷。在最优化控制技术中，量子逻辑门仅能在准静态噪声中获得较高保真度，对于不同相干长度的环境噪声不具有鲁棒性；在退相干保护子空间上通用计算技术中，对于量子比特的操控误差不具有鲁棒性。

因此，需要一种新的量子系统控制方法。

发明内容

本发明的实施例提供一种量子系统控制方法和装置，相较于传统的量子系统控制方法，利用该方法提高了在不同噪声环境下量子逻辑门的鲁棒性，以及提高了量子逻辑门对于操控误差的鲁棒性，从而使得量子逻辑门在更复杂噪声环境下和在操控强度误差下，具有更高的保真度。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为，一方面提供一种量子系统控制方法，所述方法包括：

确定量子系统对应于退相干噪声进行演化的无退相干子空间；

确定量子系统在所述无退相干子空间中的目标演化矩阵；

根据预设的控制优化目标函数，更新量子系统的控制参数，使得基于更新后的控制参数获取的系统演化矩阵逼近所述目标演化矩阵，且基于更新后的控制参数获取的量子态所处的空间逼近所述无退相干子空间。

优选地，所述方法还包括，利用更新后的控制参数，进行量子系统的演化控制。

优选地，所述控制参数包括量子系统的控制场的强度。

具体地，所述控制场为多路控制场，所述控制参数还包括控制脉冲的相位。

具体地，所述控制参数用于改变演化中的量子系统对应的哈密顿量和演化中实施的演化操作对应的演化矩阵。

具体地，所述方法还包括，将量子系统的控制过程划分为多个控制片断，所述控制场强度包括每个控制片断的控制场强度。

优选地，所述控制优化目标函数的数学表达式为：

O＝f₁-βf₂，

其中，0为控制优化目标函数，f1为第一子目标优化函数，f2为第二子目标优化函数，β为权重参数，N表示无退相干子空间维度，U(τ)表示演化最终时刻τ时的系统演化矩阵，U_T表示目标演化矩阵，I_DFS表示无退相干子空间中的单位矩阵，表示无退相干子空间的补空间的单位矩阵，表示矩阵的逆，Tr()表示矩阵的迹。

优选地，所述确定量子系统对应于退相干噪声进行演化的无退相干子空间，包括：

确定量子系统的退相干噪声对应的哈密顿量；

确定量子系统对应于所述哈密顿量进行演化的无退相干子空间。