一种用于量子计算的离子阱的自动维护方法、系统和设备与流程

所属的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品，因此，本发明可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

背景技术：

1、量子计算最早由费曼在20世纪80年代提出，是一种利用量子力学的原理来处理信息的方法。量子计算在某些情况下相比于经典计算具有明显的优势，因此量子计算被认为是一种革命性的技术。

2、离子阱作为一种量子计算的物理实现方式，受到了广泛的关注与研究。其基本原理是利用电磁场将离子限制在一个特定的空间区域内，并通过对这些离子的量子态进行精确操控来实现量子计算。离子阱具有高精度、长相干时间、可扩展性和广泛应用前景等优势。

3、在使用离子阱进行量子计算时，需要将离子束缚在特定的空间区域内。由于受多种因素的影响，离子阱中的离子可能会摆脱束缚，从而导致该离子阱无法执行量子计算。为了应对这种情况，现有方案中，需要实验人员通过成像设备监控离子阱中的离子的状态，在观测到离子不稳定或丢失时，即时采取相应措施，并在必要时手动操作实验设备，使整个系统维持在可以执行量子计算的状态。这使得离子阱量子计算系统难以长时间无人值守地运行，极大地限制了离子阱量子计算系统的广泛应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体提供了一种用于量子计算的离子阱的自动维护方法、系统和设备，具体如下：

2、1)第一方面，本发明提供一种用于量子计算的离子阱的自动维护方法，具体技术方案如下：

3、通过离子成像装置对用于量子计算的离子阱中的离子进行成像，得到初始图像；

4、对初始图像进行处理，获得至少一个目标离子的当前状态；

5、将所有目标离子的当前状态与离子阱中的所有标准离子的标准状态进行比对，判断离子阱中是否存在缺失离子，以及，判断离子阱中是否存在超出设定偏差的离子；

6、当存在缺失离子时，控制离子填充相关的仪器设备，向缺失离子所属空间区域内填充离子，当存在超出设定偏差的离子时，通过离子冷却相关的仪器设备，对超出设定偏差的离子的位置进行纠偏。

7、本发明提供的一种用于量子计算的离子阱的自动维护方法的有益效果如下：

8、能够自动监控离子阱中离子的状态，当存在缺失离子时，控制离子填充相关的仪器设备，向缺失离子所属空间区域内填充离子，当存在超出设定偏差的离子时，通过离子冷却相关的仪器设备，对超出设定偏差的离子的位置进行纠偏，使离子阱量子计算系统在无人维护的情况下自动维持可以执行量子计算的状态。

9、在上述方案的基础上，本发明的一种用于量子计算的离子阱的自动维护方法还可以做如下改进。

10、进一步，初始图像为二维灰度图像，对初始图像进行处理，获得目标离子的当前状态，包括：

11、对初始图像进行中值滤波，得到中值滤波后的图像；

12、对中值滤波后的图像进行二值化，得到二值图像；

13、将二值图像中的亮点进行分区，得到多个亮区，亮点指：灰度值为255的像素点，每个目标亮区对应一个目标离子；

14、获取每个目标亮区的半径以及中心点位置，其中，每个目标亮区中的亮点的数量均在预设像素点数量范围内，且每个目标亮区的半径均在预设半径范围内，任一目标离子的当前状态包括：该目标离子对应的目标亮区的半径以及中心点位置。

15、进一步，判断离子阱中是否存在缺失离子，包括：

16、根据中心点位置，对每个目标亮区和离子阱中的所有标准离子的标准状态中的每个标准目标亮区进行配对，判断每个目标亮区和离子阱中的所有标准离子的标准状态中的每个标准目标亮区是否为一一配对，得到配对判断结果，当配对判断结果为是时，判定离子阱中不存在缺失离子，若否，判定离子阱中存在缺失离子。

17、进一步，判断离子阱中是否存在超出设定偏差的离子，包括：

18、当配对判断结果为是时，计算并判断任一目标亮区对该目标亮区配对的标准目标亮区之间的位置偏差比例和半径偏差比例是否均小于相应预设阈值，若是，判定该目标亮区对应的离子未超出设定偏差，若是，判定该目标亮区对应的离子超出设定偏差，位置偏差比例相应的预设阈值为预设位置偏差比例阈值，半径偏差比例相应的预设阈值为预设半径偏差比例阈值，设定偏差包括：预设位置偏差比例阈值和预设半径偏差比例阈值。

19、2)第二方面，本发明还提供一种用于量子计算的离子阱的自动维护系统，具体技术方案如下：

20、包括成像模块、离子识别模块、状态比对模块和自动维护模块；

21、成像模块用于：通过离子成像装置对用于量子计算的离子阱中的离子进行成像，得到初始图像；

22、离子识别模块用于：对初始图像进行处理，获得至少一个目标离子的当前状态；

23、状态比对模块用于：将所有目标离子的当前状态与离子阱中的所有标准离子的标准状态进行比对，判断离子阱中是否存在缺失离子，以及，判断离子阱中是否存在超出设定偏差的离子；

24、自动维护模块用于：当存在缺失离子时，控制离子填充相关的仪器设备，向缺失离子所属空间区域内填充离子，当存在超出设定偏差的离子时，通过离子冷却相关的仪器设备，对超出设定偏差的离子的位置进行纠偏。

25、在上述方案的基础上，本发明的一种用于量子计算的离子阱的自动维护系统还可以做如下改进。

26、进一步，初始图像为二维灰度图像，离子识别模块具体用于：

27、对初始图像进行中值滤波，得到中值滤波后的图像；

28、对中值滤波后的图像进行二值化，得到二值图像；

29、将二值图像中的亮点进行分区，得到多个亮区，亮点指：灰度值为255的像素点，每个目标亮区对应一个目标离子；

30、获取每个目标亮区的半径以及中心点位置，其中，每个目标亮区中的亮点的数量均在预设像素点数量范围内，且每个目标亮区的半径均在预设半径范围内，任一目标离子的当前状态包括：该目标离子对应的目标亮区的半径以及中心点位置。

31、进一步，状态比对模块还具体用于：

32、根据中心点位置，对每个目标亮区和离子阱中的所有标准离子的标准状态中的每个标准目标亮区进行配对，判断每个目标亮区和离子阱中的所有标准离子的标准状态中的每个标准目标亮区是否为一一配对，得到配对判断结果，当配对判断结果为是时，判定离子阱中不存在缺失离子，若否，判定离子阱中存在缺失离子。

33、进一步，状态比对模块还具体用于：

34、当配对判断结果为是时，计算并判断任一目标亮区对该目标亮区配对的标准目标亮区之间的位置偏差比例和半径偏差比例是否均小于相应预设阈值，若是，判定该目标亮区对应的离子未超出设定偏差，若是，判定该目标亮区对应的离子超出设定偏差，位置偏差比例相应的预设阈值为预设位置偏差比例阈值，半径偏差比例相应的预设阈值为预设半径偏差比例阈值，设定偏差包括：预设位置偏差比例阈值和预设半径偏差比例阈值。

35、3)第三方面，本发明还提供一种计算机设备，计算机设备包括处理器，处理器与存储器耦合，存储器中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机设备实现上述任一项用于量子计算的离子阱的自动维护方法。

36、4)第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现上述任一项用于量子计算的离子阱的自动维护方法。

37、需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。