CN116341668B - 一种量子比特补偿方法、装置、设备、介质和量子*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种量子比特补偿方法、装置、设备、介质和量子***，该方法包括：确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；确定目标量子比特的相邻量子比特，并在作用量子相位门之后，根据持续时间确定相邻量子比特的串扰电压变化值；根据目标电压变化值和串扰电压变化值确定目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压，以使对目标量子比特和相邻量子比特同时作用对应的补偿电压之后，目标量子比特的电压变化量为目标电压变化值，相邻量子比特的电压变化量为零。本申请在补偿相邻量子比特的同时避免对目标量子比特的作用，仍然保持原本量子相位门对目标量子比特的作用效果。
Description
技术领域
本申请涉及量子计算技术领域，更具体地说，涉及一种量子比特补偿方法、装置、设备、介质和量子***。
背景技术
超导量子计算是当前量子计算最热门的实现方案之一。然而，超导量子计算仍处于其研究初期，量子逻辑门操作的保真度仍然有待提高。量子比特之间的串扰是影响量子逻辑门操作保真度的因素之一。量子比特之间的串扰主要是指，当对其中一位量子比特作用量子相位门时，由于所输入的控制信号将在整个量子芯片上流动，且通常相邻量子比特之间存在着较强的耦合强度，那么除相位门所作用的目标量子比特外，其相邻的量子比特也会受到该量子相位门的影响，从而产生不想要的相位积累。
在相关技术中，在对目标量子比特作用量子相位门后，对目标量子比特相邻的量子比特再作用补偿量子相位门，从而消除由串扰导致的相位累积的影响。然而，由于所作用的补偿量子相位门将反过来影响原本量子相位门对目标量子比特的作用。
因此，如何在补偿相邻量子比特的同时避免对目标量子比特的作用，仍然保持原本量子相位门对目标量子比特的作用效果是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种量子比特补偿方法、装置及一种电子设备、一种计算机可读存储介质和一种量子***，在补偿相邻量子比特的同时避免对目标量子比特的作用，仍然保持原本量子相位门对目标量子比特的作用效果。
为实现上述目的，本申请提供了一种量子比特补偿方法，包括：
确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；
确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；
根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，以使对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压之后，所述目标量子比特的电压变化量为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特的电压变化量为零；
对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压。
其中，所述在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值，包括：
在作用所述量子相位门之后，确定所述相邻量子比特的串扰相位累积，并根据所述串扰相位累积和所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值。
其中，所述根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度；
根据所述串扰强度和所述目标电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压。
其中，所述根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度，包括：
将所述串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度。
其中，所述根据所述串扰强度和所述目标电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
基于所述串扰强度构建串扰矩阵；其中，所述串扰矩阵的不同行分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特、不同列分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特，所述串扰矩阵中的目标位置为所属行对应的量子比特与所属列对应的量子比特之间的串扰强度；
基于所述目标电压变化值构建目标列向量；其中，所述目标列向量中所述目标量子比特对应的位置为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特对应的位置为零；
基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压；其中，所述串扰矩阵与补偿电压列向量的乘积为所述目标列向量，所述补偿电压列向量的不同位置分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特。
其中，所述目标量子比特存在第一相邻量子比特和第二相邻量子比特，所述第一相邻量子比特为所述目标量子比特的前一个位置的量子比特，所述第二相邻量子比特为所述目标量子比特的后一个位置的量子比特。
其中，所述在作用所述量子相位门之后，确定所述相邻量子比特的串扰相位累积，并根据所述串扰相位累积和所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值，包括：
在作用所述量子相位门之后，确定所述第一相邻量子比特的第一串扰相位累积和所述第二相邻量子比特的第二串扰相位累积；
根据所述第一串扰相位累积和所述持续时间确定所述第一相邻量子比特的第一串扰电压变化值，根据所述第二串扰相位累积和所述持续时间确定所述第二相邻量子比特的第二串扰电压变化值。
其中，所述根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度，包括：
将所述第一串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第一相邻量子比特之间的第一串扰强度；
将所述第二串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第二相邻量子比特之间的第二串扰强度。
其中，所述基于所述串扰强度构建串扰矩阵，包括：
基于所述第一串扰强度和所述第二串扰强度构建串扰矩阵；其中，所述串扰矩阵具体为：
；a为所述第一串扰强度，b为所述第二串扰强度。
其中，所述目标列向量具体为：
；/>为所述目标电压变化值。
其中，所述基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压。
其中，所述基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
基于所述串扰矩阵、所述目标列向量和第一补偿电压列向量构建第一对应关系；
其中，所述第一补偿电压列向量具体为：
；
为所述第一相邻量子比特对应的补偿电压，/>为所述目标量子比特对应的补偿电压，/>为所述第二相邻量子比特对应的补偿电压；
所述第一对应关系具体为：
；
基于所述第一对应关系确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压。
其中，所述第一相邻量子比特对应的补偿电压为，所述目标量子比特对应的补偿电压为/>，所述第二相邻量子比特对应的补偿电压为。
其中，所述目标量子比特仅存在一个第三相邻量子比特，
所述串扰矩阵具体为：
；c为所述目标量子比特与所述第三相邻量子比特之间的串扰强度。
其中，所述目标列向量具体为：
；/>为所述目标电压变化值。
其中，所述基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
基于所述串扰矩阵、所述目标列向量和第二补偿电压列向量构建第二对应关系；
其中，所述第二补偿电压列向量具体为：
；
为所述目标量子比特对应的补偿电压，/>为所述第三相邻量子比特对应的补偿电压；
所述第二对应关系具体为：
；
基于所述第二对应关系确定所述目标量子比特和所述第三相邻量子比特分别对应的补偿电压。
其中，所述目标量子比特对应的补偿电压为，所述第三相邻量子比特对应的补偿电压为/>。
为实现上述目的，本申请提供了一种量子比特补偿装置，包括：
第一确定模块，用于确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；
第二确定模块，用于确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；
第三确定模块，用于根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，以使对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压之后，所述目标量子比特的电压变化量为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特的电压变化量为零；
补偿模块，用于对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压。
为实现上述目的，本申请提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述量子比特补偿方法的步骤。
为实现上述目的，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述量子比特补偿方法的步骤。
为实现上述目的，本申请提供了一种量子***，包括如上述电子设备、测控单元和量子芯片，所述测控单元用于根据所述电子设备确定的补偿电压和持续时间生成微波信号，并将所述微波信号输入所述量子芯片，以对所述量子芯片中的目标量子比特和相邻量子比特作用同时对应的补偿量子相位门。
通过以上方案可知，本申请提供的一种量子比特补偿方法，包括：确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，以使对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压之后，所述目标量子比特的电压变化量为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特的电压变化量为零；对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压。
本申请的有益效果在于：根据量子相位门对目标量子比特作用的目标电压变化值和由此对相邻量子比特产生的串扰电压变化值确定目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压，对目标量子比特和相邻量子比特同时作用对应的补偿电压，使得目标量子比特的电压变化量为目标电压变化值，相邻量子比特的电压变化量为零。由此可见，本申请提供的量子比特补偿方法，消除了对相邻量子比特的串扰，同时不影响原本量子相位门对目标量子比特的作用效果。本申请还公开了一种量子比特补偿装置及一种电子设备和一种计算机可读存储介质，同样能实现上述技术效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为根据一示例性实施例示出的一种量子比特补偿方法的流程图；
图2为根据一示例性实施例示出的另一种量子比特补偿方法的流程图；
图3为根据一示例性实施例示出的一种各量子比特的位置关系示意图；
图4为根据一示例性实施例示出的又一种量子比特补偿方法的流程图；
图5为根据一示例性实施例示出的另一种各量子比特的位置关系示意图；
图6为根据一示例性实施例示出的一种量子比特补偿装置的结构图；
图7为根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。另外，在本申请实施例中，“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请实施例公开了一种量子比特补偿方法，在补偿相邻量子比特的同时避免对目标量子比特的作用，仍然保持原本量子相位门对目标量子比特的作用效果。
参见图1，根据一示例性实施例示出的一种量子比特补偿方法的流程图，如图1所示，包括：
S101：确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；
在具体实施中，对目标量子比特作用量子相位门，也即在目标量子比特的磁通控制线上附加目标电压变化值ΔV的方波，并结合该方波的持续时间τ确定该量子相位门的作用效果。假设在作用该量子相位门后目标量子比特的相位累积为Δphase，则该相位累积是ΔV和τ的函数，即Δphase=f(ΔV,τ)。因此，如果已知量子比特的相位累计和所作用量子相位门的持续时间，同样可反推出量子比特所接受到的磁通电压变化。也即，对目标量子比特作用电压为ΔV且持续时间为τ的方波后，利用量子态层析得到相应量子比特的相位变化，即可反推出其电压变化ΔV。
S102：确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；
在本步骤中，确定目标量子比特的相邻量子比特。在对目标量子比特作用量子相位门之后，确定相邻量子比特的串扰电压变化值。
作为一种可行的实施方式，所述在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值，包括：在作用所述量子相位门之后，确定所述相邻量子比特的串扰相位累积，并根据所述串扰相位累积和所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值。
在具体实施中，根据上述介绍的原理，已知量子比特的相位累计和所作用量子相位门的持续时间，可以反推出量子比特所接受到的磁通电压变化。在对目标量子比特作用量子相位门之后，确定相邻量子比特的串扰相位累积，根据相邻量子比特的串扰相位累积和作用量子相位门的持续时间反推出相邻量子比特所接受到的磁通电压变化，也即串扰电压变化值。
S103：根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，以使对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压之后，所述目标量子比特的电压变化量为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特的电压变化量为零；
S104：对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压。
在具体实施中，根据量子相位门对目标量子比特作用的目标电压变化值和由此对相邻量子比特产生的串扰电压变化值确定目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压，对目标量子比特和相邻量子比特同时作用对应的补偿电压，也即对目标量子比特和相邻量子比特同时作用对应的补偿量子相位门，相当于对目标量子比特和相邻量子比特的磁通控制线同时作用磁通电压为对应的补偿电压、持续时间为上述持续时间的方波，使得目标量子比特的电压变化量为目标电压变化值，相邻量子比特的电压变化量为零。对量子比特作用补偿量子相位门的过程为：上位机基于补偿电压和持续时间产生控制信号，测控单元接收该控制信号，由其中的任意波形发生器进行数模转换，输出对应的微波信号，输入量子比特的磁通控制线，实现对量子比特作用补偿量子相位门。
作为一种可行的实施方式，所述根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度；根据所述串扰强度和所述目标电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压。
在具体实施中，可以将串扰电压变化值与目标电压变化值之间的比值确定为目标量子比特和相邻量子比特之间的串扰强度，串扰强度小于一。然后，根据串扰强度和目标电压变化值确定目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压。
作为一种可行的实施方式，所述根据所述串扰强度和所述目标电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：基于所述串扰强度构建串扰矩阵；其中，所述串扰矩阵的不同行分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特、不同列分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特，所述串扰矩阵中的目标位置为所属行对应的量子比特与所属列对应的量子比特之间的串扰强度；基于所述目标电压变化值构建目标列向量；其中，所述目标列向量中所述目标量子比特对应的位置为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特对应的位置为零；基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压；其中，所述串扰矩阵与补偿电压列向量的乘积为所述目标列向量，所述补偿电压列向量的不同位置分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特。
在具体实施中，首先基于目标量子比特和相邻量子比特之间的串扰强度构建串扰矩阵，串扰矩阵的不同行分别对应目标量子比特和相邻量子比特，也即串扰矩阵的行数量和列数量均为相邻量子比特的数量加一。串扰矩阵中的目标位置为所属行对应的量子比特与所属列对应的量子比特之间的串扰强度。若某一位置所属行和所属列均对应目标量子比特，那么该位置的值为1，若某一位置所属行和所属列均对应相同的相邻量子比特，那么该位置的值为1，若某一位置所属行和所属列均对应不同的相邻量子比特，那么该位置的值为0，若某一位置所属行和所属列分别对应目标量子比特和相邻量子比特，那么该位置的值为目标量子比特和相邻量子比特之间的串扰强度。
其次，基于量子相位门的目标电压变化值构建目标列向量，目标列向量中的不同行分别对应目标量子比特和相邻量子比特，目标量子比特对应的位置为目标电压变化值，相邻量子比特对应的位置为零。
然后，基于目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压构建补偿电压列向量，目标列向量中的不同行分别对应目标量子比特和相邻量子比特。
最后，构建对应关系：串扰矩阵与补偿电压列向量的乘积等于目标列向量，因此，在已知串扰矩阵和目标列向量的前提下，可以计算得到补偿电压列向量中各个位置的值，进而得到目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压。
本申请实施例提供的量子比特补偿方法，根据量子相位门对目标量子比特作用的目标电压变化值和由此对相邻量子比特产生的串扰电压变化值确定目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压，对目标量子比特和相邻量子比特同时作用对应的补偿电压，使得目标量子比特的电压变化量为目标电压变化值，相邻量子比特的电压变化量为零。由此可见，本申请实施例提供的量子比特补偿方法，消除了对相邻量子比特的串扰，同时不影响原本量子相位门对目标量子比特的作用效果。
本申请实施例公开了一种量子比特补偿方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
参见图2，根据一示例性实施例示出的另一种量子比特补偿方法的流程图，如图2所示，包括：
S201：确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；
S202：确定所述目标量子比特相邻的第一相邻量子比特和第二相邻量子比特，所述第一相邻量子比特为所述目标量子比特的前一个位置的量子比特，所述第二相邻量子比特为所述目标量子比特的后一个位置的量子比特；
在本实施例中，各量子比特的位置关系如图3所示，目标量子比特为量子比特1（qubit1），第一相邻量子比特为量子比特0（qubit0），第二相邻量子比特为量子比特2（qubit2）。
S203：在作用所述量子相位门之后，确定所述第一相邻量子比特的第一串扰相位累积和所述第二相邻量子比特的第二串扰相位累积；
S204：根据所述第一串扰相位累积和所述持续时间确定所述第一相邻量子比特的第一串扰电压变化值，根据所述第二串扰相位累积和所述持续时间确定所述第二相邻量子比特的第二串扰电压变化值；
S205：将所述第一串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第一相邻量子比特之间的第一串扰强度，将所述第二串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第二相邻量子比特之间的第二串扰强度；
S206：基于所述第一串扰强度和所述第二串扰强度构建串扰矩阵；
其中，所述串扰矩阵具体为：
；a为所述第一串扰强度，b为所述第二串扰强度。
S207：基于所述目标电压变化值构建目标列向量；
其中，所述目标列向量具体为：
；/>为所述目标电压变化值。
S208：基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压；
在具体实施中，基于串扰矩阵、目标列向量和第一补偿电压列向量构建第一对应关系，基于第一对应关系确定目标量子比特、第一相邻量子比特、第二相邻量子比特分别对应的补偿电压。
其中，第一补偿电压列向量具体为：
；
为第一相邻量子比特对应的补偿电压，/>为目标量子比特对应的补偿电压，/>为第二相邻量子比特对应的补偿电压；
第一对应关系具体为：
；
进一步的，基于第一对应关系构建如下方程组：
；
求解上面的方程组，可以得到第一相邻量子比特对应的补偿电压为，目标量子比特对应的补偿电压为/>，第二相邻量子比特对应的补偿电压为。
S209：对所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特和所述第二相邻量子比特同时作用对应的补偿电压。
对量子比特qubit0作用磁通电压，对量子比特qubit1作用磁通电压，对量子比特qubit2作用磁通电压/>，此时目标量子比特qubit1上相当于作用磁通电压/>的量子相位门，同时qubit0和qubit2通过作用补偿量子相位门消除串扰所带来的不想要的相位变化影响。
本申请实施例公开了一种量子比特补偿方法，相对于第一个实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
参见图4，根据一示例性实施例示出的又一种量子比特补偿方法的流程图，如图4所示，包括：
S301：确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；
S302：确定所述目标量子比特相邻的第三相邻量子比特；
在本实施例中，各量子比特的位置关系如图5所示，目标量子比特为量子比特0（qubit0），第三相邻量子比特为量子比特1（qubit1）。
S303：在作用所述量子相位门之后，确定所述第三相邻量子比特的第三串扰相位累积；
S304：根据所述第三串扰相位累积和所述持续时间确定所述第三相邻量子比特的第三串扰电压变化值；
S305：将所述第三串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第三相邻量子比特之间的第三串扰强度；
S306：基于所述第三串扰强度构建串扰矩阵；
其中，所述串扰矩阵具体为：
；c为所述目标量子比特与所述第三相邻量子比特之间的第三串扰强度。
S307：基于所述目标电压变化值构建目标列向量；
其中，所述目标列向量具体为：
；/>为所述目标电压变化值。
S308：基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特、所述第三相邻量子比特分别对应的补偿电压；
在具体实施中，基于串扰矩阵、目标列向量和第二补偿电压列向量构建第二对应关系，基于第二对应关系确定目标量子比特和第三相邻量子比特分别对应的补偿电压。
其中，第二补偿电压列向量具体为：
；
为目标量子比特对应的补偿电压，/>为第三相邻量子比特对应的补偿电压；
第二对应关系具体为：
；
进一步的，基于第二对应关系构建如下方程组：
；
求解上面的方程组，可以得到，目标量子比特对应的补偿电压为，第三相邻量子比特对应的补偿电压为/>。
S309：对所述目标量子比特、所述第三相邻量子比特同时作用对应的补偿电压。
对量子比特qubit0作用磁通电压，对量子比特qubit1作用磁通电压，此时目标量子比特qubit0上相当于作用磁通电压/>的量子相位门，同时qubit1通过作用补偿量子相位门消除串扰所带来的不想要的相位变化影响。
下面对本申请实施例提供的一种量子比特补偿装置进行介绍，下文描述的一种量子比特补偿装置与上文描述的一种量子比特补偿方法可以相互参照。
参见图6，根据一示例性实施例示出的一种量子比特补偿装置的结构图，如图6所示，包括：
第一确定模块100，用于确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；
第二确定模块200，用于确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；
第三确定模块300，用于根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，以使对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压之后，所述目标量子比特的电压变化量为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特的电压变化量为零；
补偿模块400，用于对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压。
本申请实施例提供的量子比特补偿装置，根据量子相位门对目标量子比特作用的目标电压变化值和由此对相邻量子比特产生的串扰电压变化值确定目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压，对目标量子比特和相邻量子比特同时作用对应的补偿电压，使得目标量子比特的电压变化量为目标电压变化值，相邻量子比特的电压变化量为零。由此可见，本申请实施例提供的量子比特补偿装置，消除了对相邻量子比特的串扰，同时不影响原本量子相位门对目标量子比特的作用效果。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第二确定模块200具体用于：确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，确定所述相邻量子比特的串扰相位累积，并根据所述串扰相位累积和所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第三确定模块300包括：
第一确定子模块，用于根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度；
第二确定子模块，用于根据所述串扰强度和所述目标电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第一确定子模块具体用于：将所述串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第二确定子模块包括：
第一构建单元，用于基于所述串扰强度构建串扰矩阵；其中，所述串扰矩阵的不同行分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特、不同列分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特，所述串扰矩阵中的目标位置为所属行对应的量子比特与所属列对应的量子比特之间的串扰强度；
第二构建单元，用于基于所述目标电压变化值构建目标列向量；其中，所述目标列向量中所述目标量子比特对应的位置为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特对应的位置为零；
确定单元，用于基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压；其中，所述串扰矩阵与补偿电压列向量的乘积为所述目标列向量，所述补偿电压列向量的不同位置分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述目标量子比特存在第一相邻量子比特和第二相邻量子比特，所述第一相邻量子比特为所述目标量子比特的前一个位置的量子比特，所述第二相邻量子比特为所述目标量子比特的后一个位置的量子比特。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第二确定模块200具体用于：在作用所述量子相位门之后，确定所述第一相邻量子比特的第一串扰相位累积和所述第二相邻量子比特的第二串扰相位累积；根据所述第一串扰相位累积和所述持续时间确定所述第一相邻量子比特的第一串扰电压变化值，根据所述第二串扰相位累积和所述持续时间确定所述第二相邻量子比特的第二串扰电压变化值。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第一确定子模块具体用于：将所述第一串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第一相邻量子比特之间的第一串扰强度；将所述第二串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第二相邻量子比特之间的第二串扰强度。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第一构建单元具体用于：基于所述第一串扰强度和所述第二串扰强度构建串扰矩阵；其中，所述串扰矩阵具体为：
；a为所述第一串扰强度，b为所述第二串扰强度。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述目标列向量具体为：
；/>为所述目标电压变化值。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述确定单元具体用于：基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述确定单元具体用于：基于所述串扰矩阵、所述目标列向量和第一补偿电压列向量构建第一对应关系；
其中，所述第一补偿电压列向量具体为：
；
为所述第一相邻量子比特对应的补偿电压，/>为所述目标量子比特对应的补偿电压，/>为所述第二相邻量子比特对应的补偿电压；
所述第一对应关系具体为：
；
基于所述第一对应关系确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述第一相邻量子比特对应的补偿电压为，所述目标量子比特对应的补偿电压为/>，所述第二相邻量子比特对应的补偿电压为/>。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述目标量子比特仅存在一个第三相邻量子比特，
所述串扰矩阵具体为：
；c为所述目标量子比特与所述第三相邻量子比特之间的串扰强度。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述目标列向量具体为：
；/>为所述目标电压变化值。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述确定单元具体用于：基于所述串扰矩阵、所述目标列向量和第二补偿电压列向量构建第二对应关系；
其中，所述第二补偿电压列向量具体为：
；
为所述目标量子比特对应的补偿电压，/>为所述第三相邻量子比特对应的补偿电压；
所述第二对应关系具体为：
；
基于所述第二对应关系确定所述目标量子比特和所述第三相邻量子比特分别对应的补偿电压。
在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，所述目标量子比特对应的补偿电压为，所述第三相邻量子比特对应的补偿电压为/>。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
基于上述程序模块的硬件实现，且为了实现本申请实施例的方法，本申请实施例还提供了一种电子设备，图7为根据一示例性实施例示出的一种电子设备的结构图，如图7所示，电子设备包括：
通信接口1，能够与其它设备比如网络设备等进行信息交互；
处理器2，与通信接口1连接，以实现与其它设备进行信息交互，用于运行计算机程序时，执行上述一个或多个技术方案提供的量子比特补偿方法。而所述计算机程序存储在存储器3上。
当然，实际应用时，电子设备中的各个组件通过总线***4耦合在一起。可理解，总线***4用于实现这些组件之间的连接通信。总线***4除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图7中将各种总线都标为总线***4。
本申请实施例中的存储器3用于存储各种类型的数据以支持电子设备的操作。这些数据的示例包括：用于在电子设备上操作的任何计算机程序。
可以理解，存储器3可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器（ROM，Read Only Memory）、可编程只读存储器（PROM，Programmable Read-Only Memory）、可擦除可编程只读存储器（EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、磁性随机存取存储器（FRAM，ferromagnetic random access memory）、快闪存储器（Flash Memory）、磁表面存储器、光盘、或只读光盘（CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory）；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器（SRAM，Static Random Access Memory）、同步静态随机存取存储器（SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory）、动态随机存取存储器（DRAM，Dynamic Random Access Memory）、同步动态随机存取存储器（SDRAM，SynchronousDynamic Random Access Memory）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory）、增强型同步动态随机存取存储器（ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory）、同步连接动态随机存取存储器（SLDRAM，SyncLink Dynamic Random Access Memory）、直接内存总线随机存取存储器（DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory）。本申请实施例描述的存储器3旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
上述本申请实施例揭示的方法可以应用于处理器2中，或者由处理器2实现。处理器2可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器2中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器2可以是通用处理器、DSP，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器2可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器3，处理器2读取存储器3中的程序，结合其硬件完成前述方法的步骤。
处理器2执行所述程序时实现本申请实施例的各个方法中的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。
在示例性实施例中，本申请实施例还提供了一种存储介质，即计算机存储介质，具体为计算机可读存储介质，例如包括存储计算机程序的存储器3，上述计算机程序可由处理器2执行，以完成前述方法所述步骤。计算机可读存储介质可以是FRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory、磁表面存储器、光盘、CD-ROM等存储器。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备（可以是个人计算机、服务器、网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请实施例提供了一种量子***，包括如上述电子设备、测控单元和量子芯片，所述测控单元用于根据所述电子设备确定的补偿电压和持续时间生成微波信号，并将所述微波信号输入所述量子芯片，以对所述量子芯片中的目标量子比特和相邻量子比特作用同时对应的补偿量子相位门。
量子芯片为量子算法实现的物理载体，测控单元用于实现对量子芯片的逻辑控制和对量子比特的状态读取，电子设备用于控制测控单元以产生对应量子芯片逻辑控制的信号，以及对量子比特的读取信号进行分析来获取量子比特的当前状态。
在具体实施中，电子设备基于上述方法计算得到目标量子比特和相邻量子比特分别对应的补偿电压之后，上位机基于补偿电压和持续时间产生控制信号，测控单元接收该控制信号，由其中的任意波形发生器进行数模转换，输出对应的微波信号，输入量子比特的磁通控制线，实现对目标量子比特和相邻量子比特同时作用对应的补偿量子相位门。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
1.一种量子比特补偿方法，其特征在于，包括：
确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；
确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；
根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，以使对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压之后，所述目标量子比特的电压变化量为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特的电压变化量为零；
对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压；
其中，所述在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值，包括：
在作用所述量子相位门之后，确定所述相邻量子比特的串扰相位累积，并根据所述串扰相位累积和所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；
其中，所述根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度；
根据所述串扰强度和所述目标电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压。
2.根据权利要求1所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度，包括：
将所述串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度。
3.根据权利要求2所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述根据所述串扰强度和所述目标电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
基于所述串扰强度构建串扰矩阵；其中，所述串扰矩阵的不同行分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特、不同列分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特，所述串扰矩阵中的目标位置为所属行对应的量子比特与所属列对应的量子比特之间的串扰强度；
基于所述目标电压变化值构建目标列向量；其中，所述目标列向量中所述目标量子比特对应的位置为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特对应的位置为零；
基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压；其中，所述串扰矩阵与补偿电压列向量的乘积为所述目标列向量，所述补偿电压列向量的不同位置分别对应所述目标量子比特和所述相邻量子比特。
4.根据权利要求3所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述目标量子比特存在第一相邻量子比特和第二相邻量子比特，所述第一相邻量子比特为所述目标量子比特的前一个位置的量子比特，所述第二相邻量子比特为所述目标量子比特的后一个位置的量子比特。
5.根据权利要求4所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述在作用所述量子相位门之后，确定所述相邻量子比特的串扰相位累积，并根据所述串扰相位累积和所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值，包括：
在作用所述量子相位门之后，确定所述第一相邻量子比特的第一串扰相位累积和所述第二相邻量子比特的第二串扰相位累积；
根据所述第一串扰相位累积和所述持续时间确定所述第一相邻量子比特的第一串扰电压变化值，根据所述第二串扰相位累积和所述持续时间确定所述第二相邻量子比特的第二串扰电压变化值。
6.根据权利要求5所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度，包括：
将所述第一串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第一相邻量子比特之间的第一串扰强度；
将所述第二串扰电压变化值与所述目标电压变化值之间的比值确定为所述目标量子比特和所述第二相邻量子比特之间的第二串扰强度。
7.根据权利要求6所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述基于所述串扰强度构建串扰矩阵，包括：
基于所述第一串扰强度和所述第二串扰强度构建串扰矩阵；其中，所述串扰矩阵具体为：
；a为所述第一串扰强度，b为所述第二串扰强度。
8.根据权利要求7所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述目标列向量具体为：
；/>为所述目标电压变化值。
9.根据权利要求8所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压。
10.根据权利要求9所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
基于所述串扰矩阵、所述目标列向量和第一补偿电压列向量构建第一对应关系；
其中，所述第一补偿电压列向量具体为：
；
为所述第一相邻量子比特对应的补偿电压，/>为所述目标量子比特对应的补偿电压，/>为所述第二相邻量子比特对应的补偿电压；
所述第一对应关系具体为：
；
基于所述第一对应关系确定所述目标量子比特、所述第一相邻量子比特、所述第二相邻量子比特分别对应的补偿电压。
11.根据权利要求10所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述第一相邻量子比特对应的补偿电压为，所述目标量子比特对应的补偿电压为/>，所述第二相邻量子比特对应的补偿电压为/>。
12.根据权利要求3所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述目标量子比特仅存在一个第三相邻量子比特，
所述串扰矩阵具体为：
；c为所述目标量子比特与所述第三相邻量子比特之间的串扰强度。
13.根据权利要求12所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述目标列向量具体为：
；/>为所述目标电压变化值。
14.根据权利要求13所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述基于所述串扰矩阵和所述目标列向量确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，包括：
基于所述串扰矩阵、所述目标列向量和第二补偿电压列向量构建第二对应关系；
其中，所述第二补偿电压列向量具体为：
；
为所述目标量子比特对应的补偿电压，/>为所述第三相邻量子比特对应的补偿电压；
所述第二对应关系具体为：
；
基于所述第二对应关系确定所述目标量子比特和所述第三相邻量子比特分别对应的补偿电压。
15.根据权利要求14所述量子比特补偿方法，其特征在于，所述目标量子比特对应的补偿电压为，所述第三相邻量子比特对应的补偿电压为/>。
16.一种量子比特补偿装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定量子相位门作用的目标量子比特，并确定所述量子相位门作用的目标电压变化值和持续时间；
第二确定模块，用于确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，根据所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；
第三确定模块，用于根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压，以使对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压之后，所述目标量子比特的电压变化量为所述目标电压变化值，所述相邻量子比特的电压变化量为零；
补偿模块，用于对所述目标量子比特和所述相邻量子比特同时作用对应的补偿电压；
其中，所述第二确定模块具体用于：确定所述目标量子比特的相邻量子比特，并在作用所述量子相位门之后，确定所述相邻量子比特的串扰相位累积，并根据所述串扰相位累积和所述持续时间确定所述相邻量子比特的串扰电压变化值；
其中，所述第三确定模块包括：
第一确定子模块，用于根据所述目标电压变化值和所述串扰电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特之间的串扰强度；
第二确定子模块，用于根据所述串扰强度和所述目标电压变化值确定所述目标量子比特和所述相邻量子比特分别对应的补偿电压。
17.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至15任一项所述量子比特补偿方法的步骤。
18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至15任一项所述量子比特补偿方法的步骤。
19.一种量子***，其特征在于，包括如权利要求17所述电子设备、测控单元和量子芯片，所述测控单元用于根据所述电子设备确定的补偿电压和持续时间生成微波信号，并将所述微波信号输入所述量子芯片，以对所述量子芯片中的目标量子比特和相邻量子比特作用同时对应的补偿量子相位门。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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