一种基于高频脉冲的量子系统调制方法与流程

本发明涉及量子处理领域，具体涉及一种基于高频脉冲的量子系统调制方法。

背景技术：

1、多量子比特的cnot门（controlled-not gate）是量子计算中的一种基础门，用于在量子比特之间传递和操作信息。其中包含有双量子门，一个量子比特称为控制比特，另一个量子比特称为目标比特，双量子门的状态即为控制比特保持对目标比特的控制。双量子门通常作为量子算法的基础操作出现，如量子误差校正、量子搜索算法等。使用量子计算机实现门涉及到精确控制和操作多个量子比特，需要考虑量子比特之间的耦合情况。在量子系统的双量子门中，量子比特之间的耦合强度可能因为环境影响导致存在耦合不均匀性，使得部分比特之间的耦合比其他比特之间更弱或更强，从而对控制比特和目标比特之间的控制状态产生影响；因为双量子门的正确执行依赖于精确的控制比特和目标比特之间的相互作用，不同对量子比特不均匀的耦合强度会导致部分操作不完全或者出现误差。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，解决在量子系统中因为环境影响双量子cnot门中的量子比特耦合导致存在耦合不均匀性，导致量子系统性能出现偏差的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，该方法包括：

4、步骤s1：在目标量子系统的所有cnot门中标注出所有的双量子门，预设标频脉冲和高频脉冲，将标频脉冲施加在所有双量子门上并测量脉冲反馈，基于反馈结果获取所有双量子门耦合的哈密顿量的初始值，将每个哈密顿量初始值均标注为初始耦合值；

5、步骤s2：在目标量子系统中设置表示耦合总平均度的耦合质量指数，为耦合质量指数设置表示量子系统性能达到最佳的指数参考范围，并基于指数参考范围为哈密顿量设置耦合阈值范围，将哈密顿量位于耦合阈值范围以外的所有双量子门标注为异常门；

6、步骤s3：预设包含调制频次的调制周期，在调制周期内基于高频脉冲使用拉比振荡调制方法对初始耦合值进行调制，使用标频脉冲对每次调制后的所有双量子门测量脉冲反馈，用以获取所有哈密顿量的调制值，并将每次调制的每个哈密顿量调制值均标注为修正耦合值；

7、步骤s4：第二次调制开始对上一次调制后的修正耦合值进行调制，将最后一次调制的修正耦合值作为当前调制周期的输出耦合值，基于输出耦合值计算出耦合质量指数，当耦合质量指数位于指数参考范围内时停止调制，若在指数参考范围外时开启下一个调制周期。

8、在量子系统的双量子门中，量子比特之间的耦合强度可能因为环境影响导致存在耦合不均匀性，使得部分比特之间的耦合比其他比特之间更弱或更强，从而对控制比特和目标比特之间的控制状态产生影响；因为双量子门的正确执行依赖于精确的控制比特和目标比特之间的相互作用，不同对量子比特不均匀的耦合强度会导致部分操作不完全或者出现误差。基于此，本发明提供一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，解决在量子系统中因为环境影响双量子cnot门中的量子比特耦合导致存在耦合不均匀性，导致量子系统性能出现偏差的问题。

9、进一步地，基于输出耦合值计算出耦合质量指数的过程包括：

10、基于耦合阈值范围设置范围中心值，并基于范围中心值设置距离值用于表示每个双量子门的哈密顿量与范围中心值的变量距离大小，将所有双量子门的距离值经加权求和后求出的平均值设置为耦合质量指数。

11、进一步地，所述距离值表示为d，双量子门的哈密顿量表示为h，并设双量子门的序数表示为i，设范围中心值表示为e，设置调节参数α，

12、则第i个所述双量子门的距离值di的计算式设为： 。

13、进一步地，设所述耦合质量指数表示为q，并设双量子门的总数表示为n，

14、则所述耦合质量指数q的计算式设为： 。

15、进一步地，获取目标量子系统的能级跃迁频率，所述高频脉冲的频率值大小设为不超过目标量子系统的能级跃迁频率值；所述高频脉冲的振幅大小设为高频脉冲的能量值与能级跃迁频率的比值。

16、进一步地，所述拉比振荡调制方法的调制计算过程包括：将调制间隔的时间段长度记录为时间步长，设置高频脉冲的频率、幅度和持续时间，在每个时间步长内将高频脉冲施加到所有双量子门上；使用龙格库塔方程式对初始耦合值的高频脉冲调制进行计算，将计算出的数值作为修正耦合值以完成当前频次调制的调制输出。

17、进一步地，所述龙格库塔方程式的调制过程包括：设定时间点表示为t，量子系统的初始密度矩阵表示为ρ，设时间步长表示为δt，修正耦合值的哈密顿量表示为h(t)，每次调制后的密度矩阵表示为ρ(t)，

18、则龙格库塔离散方程式表示为： ，

19、其中时间步长δt根据目标量子系统的时间尺度和调制频率来调整；所述每次调制后的密度矩阵ρ(t)在每个时间步长内保持更新；在每次调制结束后使用所述龙格库塔离散方程式计算下一个时间步长的修正耦合值的哈密顿量，直到达到预设的调制频次。

20、进一步地，所述每次调制后的密度矩阵的迹的数值出现不等于1时，对所述密度矩阵进行迹约化操作用以使其归一化为单位迹。

21、进一步地，在热平衡下通过玻尔兹曼分布来获取所述量子系统的初始密度矩阵。

22、进一步地，使用蒙特卡洛模拟方法模拟量子系统处于热平衡时的量子分布，并计算出当前量子系统的配分函数。

23、本发明与现有技术相比，引入耦合质量指数来量化耦合总平均度，使用高频脉冲的拉比振荡调制方法对初始耦合值进行调制，使用标频脉冲测量脉冲反馈获取调制修正的哈密顿量，使得系统能够快速响应和修正量子门的整体耦合不均匀性，具有提升量子系统可控性和稳定性的优点和有益效果。

技术特征：

1.一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，基于输出耦合值计算出耦合质量指数的过程包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，所述距离值表示为d，双量子门的哈密顿量表示为h，并设双量子门的序数表示为i，设范围中心值表示为e，设置调节参数α，

4.根据权利要求3所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，设所述耦合质量指数表示为q，并设双量子门的总数表示为n，

5.根据权利要求3所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，获取目标量子系统的能级跃迁频率，所述高频脉冲的频率值大小设为不超过目标量子系统的能级跃迁频率值；所述高频脉冲的振幅大小设为高频脉冲的能量值与能级跃迁频率的比值。

6.根据权利要求1所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，所述拉比振荡调制方法的调制计算过程包括：将调制间隔的时间段长度记录为时间步长，设置高频脉冲的频率、幅度和持续时间，在每个时间步长内将高频脉冲施加到所有双量子门上；使用龙格库塔方程式对初始耦合值的高频脉冲调制进行计算，将计算出的数值作为修正耦合值以完成当前频次调制的调制输出。

7.根据权利要求6所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，所述龙格库塔方程式的调制过程包括：设定时间点表示为t，量子系统的初始密度矩阵表示为ρ，设时间步长表示为δt，修正耦合值的哈密顿量表示为h(t)，每次调制后的密度矩阵表示为ρ(t)，

8.根据权利要求7所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，所述每次调制后的密度矩阵的迹的数值出现不等于1时，对所述密度矩阵进行迹约化操作用以使其归一化为单位迹。

9.根据权利要求7所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，在热平衡下通过玻尔兹曼分布来获取所述量子系统的初始密度矩阵。

10.根据权利要求9所述的一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，其特征在于，使用蒙特卡洛模拟方法模拟量子系统处于热平衡时的量子分布，并计算出当前量子系统的配分函数。

技术总结本发明公开了一种基于高频脉冲的量子系统调制方法，涉及量子处理领域，具体包括步骤S1：在目标量子系统获取所有双量子门耦合的哈密顿量的初始值；步骤S2：设置表示耦合总平均度的耦合质量指数，为哈密顿量设置耦合阈值范围；步骤S3：基于高频脉冲使用拉比振荡调制方法对初始耦合值进行调制，获取所有哈密顿量的调制值；步骤S4：将最后一次调制的修正耦合值作为当前调制周期的输出耦合值，基于输出耦合值计算出耦合质量指数。本发明引入耦合质量指数来量化耦合总平均度，使用高频脉冲的拉比振荡调制方法对初始耦合值进行调制，使系统能快速响应和修正量子门整体耦合不均匀性，具有提升量子系统可控性和稳定性的优点和有益效果。技术研发人员：李杰,吴峰,曾耿华,邹小波,林海川受保护的技术使用者：成都中微达信科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26