【发明授权】基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法_合肥本源量子计算科技有限责任公司_201811196088.3 

申请/专利权人:合肥本源量子计算科技有限责任公司

申请日:2018-10-15

发明/设计人:孔伟成

公开(公告)日:2020-09-15

代理机构:

公开(公告)号:CN109406875B

代理人:

主分类号:G01R23/02(20060101)

地址:230008 安徽省合肥市高新区创业产业园二期E2栋6层

分类号:G01R23/02(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.09.15#授权;2019.03.26#实质审查的生效;2019.03.01#公开

摘要:本发明属于量子测控技术领域,特别是一种基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,该方法包括对量子比特进行N次Ramsey干涉实验,并记录根据每次Ramsey干涉实验的结果得到的其中:n=1,2,…N,根据N个和对应的组成的坐标点在正交平面坐标系中进行直线拟合,获得拟合直线方程;根据所述拟合直线方程获得fq值。本发明借助Ramsey干涉实验以及数据拟合有效保证最终得到的量子比特频率校准值的精度。

主权项:1.一种基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,其特征在于,包括:对量子比特进行N次Ramsey干涉实验,并记录根据每次Ramsey干涉实验的结果得到的其中:n=1,2,…N;其中:为第n次Ramsey干涉实验所采用的π2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频,为第n次Ramsey干涉实验得到的量子比特的震荡频率,且fq为量子比特频率,N为大于1的正整数;根据N个和对应的组成的坐标点在正交平面坐标系中进行直线拟合,获得拟合直线方程;根据所述拟合直线方程获得fq值。

全文数据:基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法技术领域本发明属于量子测控技术领域,特别是一种基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法。背景技术量子计算在解决特定问题上具有远超经典计算机性能的发展潜力。为了实现量子计算机,需要获得一块包含有足够数量与足够质量量子比特的量子芯片,并且能够对量子比特进行极高保真度的量子逻辑门操作与读取。然而量子比特的量子比特频率参数会随环境波动,如果忽略这种波动,会导致量子逻辑门操作的保真度的下降,也会影响到读取的效率。因此,量子芯片的参数,尤其量子比特频率参数,需要定期校准,才能确保长期稳定发挥最佳性能也就是量子算法的最佳执行效果。通常,量子比特频率的获取方法是利用能谱测量实验。量子比特能谱测量实验是指对一个量子比特施加持续的频率为fd的驱动信号使得量子比特由基态跃迁到激发态,在该驱动信号结束后对该量子比特施加读取脉冲信号以获得量子比特的激发态分布几率P1fd随驱动信号频率fd的变化关系。当驱动信号的频率fd与量子比特频率f0很靠近时,既可以有效地激发量子比特,使得量子比特的激发态分布P1fd增大。而在驱动信号频率远离量子比特真实频率时,P1fd趋近0。对于当前的位于4-8GHz频段的量子比特比如说超导量子比特来说,利用高性能的量子比特信号发生系统、接收系统,量子比特能谱测量实验能够将量子比特频率f0的误差控制在1MHz左右。现有的能谱测量实验获得量子比特频率f0的误差在1MHz不能满足量子比特频率精度的要求,不能实现量子比特频率的校验需求。发明内容本发明的目的是提供一种基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,以解决现有技术中的不足,它能够实现量子比特频率的精确校准。本发明采用的技术方案如下:一种基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,其中,包括:对量子比特进行N次Ramsey干涉实验,并记录根据每次Ramsey干涉实验的结果得到的为每次Ramsey干涉实验所采用的π2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频,为每次Ramsey干涉实验得到的量子比特的震荡频率,且fq为量子比特频率,N为大于1的正整数;根据N个和对应的组成的坐标点在正交平面坐标系中进行直线拟合,获得拟合直线方程;根据所述拟合直线方程获得fq值。如上所述的基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,其中,优选的是,所述Ramsey干涉实验,具体包括:m次对量子比特施加两个时间间隔τm的两个π2量子逻辑门操作,并获得每次对量子比特施加两个时间间隔τm的两个π2量子逻辑门操作后,量子比特的激发态分布几率Pfdτm;其中,τm为第m次对量子比特施加的两个π2量子逻辑门操作的时间间隔,m为大于1的正整数;根据每次测量得到的Pfdτm和τm进行函数拟合,得到f0fd;其中:fd为π2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频,f0为量子比特的震荡频率,T0为量子比特的退相干时间,A和B为拟合系数。如上所述的基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,其中,优选的是,对量子比特进行N次Ramsey干涉实验时,量子比特频率fq保持不变。与现有技术相比,本发明对量子比特进行N次Ramsey干涉实验,并记录根据每次Ramsey干涉实验的结果得到的然后根据N个和对应的组成的坐标点在正交平面坐标系中进行直线拟合,获得拟合直线方程;根据所述拟合直线方程获得fq值。该过程中,每次的Ramsey干涉实验能够提供量子比特频率的精度,而在此基础上上,进一步利用每次的Ramsey干涉实验的结果进行数据拟合来减小实验误差,有效保证最终得到的量子比特频率校准值。附图说明图1是本发明实施例提供的基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法的流程图。具体实施方式下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。Ramsey干涉实验是指对一个量子比特,施加两个π2量子逻辑门操作,两个操作的时间间隔为τ,同时在第二个π2量子逻辑门操作后对该量子比特施加读取脉冲以获得量子比特的激发态分布P1τ,并且改变时间间隔τ以获得P1τ的过程。典型的Ramsey干涉实验的结果是P1τ是随时间间隔τ满足指数振荡衰减的数学模型如下:在上式中,A和B为拟合系数,T0为量子比特的退相干时间,fd为π2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频,f0为量子比特的震荡频率,且f0与该量子比特的真实频率fq、π2量子逻辑门操作的载频频率fd满足:f0fd=|fq-fd|综上我们得到了另一个重要的结论:Ramsey干涉实验的结果,也就是P1τ曲线的振荡频率等于量子逻辑门操作的载频频率以及量子比特真实频率的差值,因而Ramsey干涉实验除了能够用于获得量子比特的退相干时间以外,还能同时精确获得量子比特的真实频率。但是依然不能直接用Ramsey干涉实验来实现量子比特频率的校准。这是因为事实上Ramsey实验得到的P1τ需要通过数学拟合才能得到指数振荡衰减的数学模型表达式,而数学拟合的精度取决于P1τ原始数据的精度,因而拟合得到的振荡频率f0往往也是不准的。为了解决这个问题,并同时利用Ramsey干涉实验来实现对量子比特频率的校准,本申请的实施例提供了一种基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,其中,该校准方法包括如下步骤:步骤S1:对量子比特进行N次Ramsey干涉实验,并记录根据每次Ramsey干涉实验的结果得到的为每次Ramsey干涉实验所采用的π2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频,为每次Ramsey干涉实验得到的量子比特的震荡频率,且fq为量子比特频率,N为大于1的正整数;步骤S2:根据N个和对应的组成的坐标点在正交平面坐标系中进行直线拟合,获得拟合直线方程;步骤S3:根据所述拟合直线方程获得fq值。本实施通过步骤S1至步骤S3,对量子比特进行N次Ramsey干涉实验,并记录根据每次Ramsey干涉实验的结果得到的然后根据N个和对应的组成的坐标点在正交平面坐标系中进行直线拟合,获得拟合直线方程;根据所述拟合直线方程获得fq值。该过程中,每次的Ramsey干涉实验能够提供量子比特频率的精度,而在此基础上上,进一步利用每次的Ramsey干涉实验的结果进行数据拟合来减小实验误差,整个过程借助Ramsey干涉实验以及数据拟合有效保证最终得到的量子比特频率校准值的精度。作为本实施例的优选技术方案,所述Ramsey干涉实验,具体包括:1m次对量子比特施加两个时间间隔τm的两个π2量子逻辑门操作,并获得每次对量子比特施加两个时间间隔τm的两个π2量子逻辑门操作后,量子比特的激发态分布几率Pfdτm;其中,τm为第m次对量子比特施加的两个π2量子逻辑门操作的时间间隔,m为大于1的正整数;2根据每次测量得到的Pfdτm和τm进行函数拟合,得到f0fd;其中:fd为π2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频,f0为量子比特的震荡频率,T0为量子比特的退相干时间,A和B为拟合系数。下面将结合具体实施过程介绍本实施例,具体的:对量子比特实施一系列的Ramsey干涉实验,即以上实施例的N次,每次改变量子逻辑门操作的载频频率fd,从而得到多条P1τ)曲线,从每条曲线中,均可通过拟合的方法得到振荡频率f0fd。很显然,由于在系列Ramsey干涉实验的期间通常不超过1小时,量子比特真实频率可以认为精确不变,则Ramsey干涉实验所得到的振荡频率f0必然是随量子逻辑门操作的载频频率fd变化的,而且变化关系式就是:f0fd=|fq-fd|因此,通过多次Ramsey干涉实验得到的f0fd曲线,再利用上述表达式进行拟合,就能够精确地获得量子比特的真实频率fq。利用Ramsey干涉实验拟合得到f0、改变fd重复进行Ramsey干涉得到f0fd并再次拟合得到fq的方法,能够将量子比特真实频率的精度提高至10kHz的水平,充分满足了我们对于精准量子比特真实频率的需要。而进一步提高量子比特真实频率的精度,依赖于整个系统的整体提升,以获得噪声更小的P1τ曲线。以上方法适用于量子比特真实频率在系列Ramsey干涉实验的期间通常不超过1小时几乎不变的所有情况,尤其是适用于量子比特真实频率可能存在缓慢时间漂移的情况下比如1天1MHz。以上方法能够有效地实现定期对量子比特真实频率的重新校准。以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果,以上所述仅为本发明的较佳实施例,但本发明不以图面所示限定实施范围,凡是依照本发明的构想所作的改变,或修改为等同变化的等效实施例,仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时,均应在本发明的保护范围内。

权利要求:1.一种基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,其特征在于,包括:对量子比特进行N次Ramsey干涉实验,并记录根据每次Ramsey干涉实验的结果得到的其中:为每次Ramsey干涉实验所采用的π2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频,为每次Ramsey干涉实验得到的量子比特的震荡频率,且fq为量子比特频率,N为大于1的正整数;根据N个和对应的组成的坐标点在正交平面坐标系中进行直线拟合,获得拟合直线方程;根据所述拟合直线方程获得fq值。2.根据权利要求1所述的基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,其特征在于,所述Ramsey干涉实验,具体包括:m次对量子比特施加两个时间间隔τm的两个π2量子逻辑门操作,并获得每次对量子比特施加两个时间间隔τm的两个π2量子逻辑门操作后,量子比特的激发态分布几率Pfdτm;其中,τm为第m次对量子比特施加的两个π2量子逻辑门操作的时间间隔,m为大于1的正整数;根据每次测量得到的Pfdτm和τm进行函数拟合,得到f0fd;其中:fd为π2量子逻辑门操作对应的微波脉冲信号的载频,f0为量子比特的震荡频率,T0为量子比特的退相干时间,A和B为拟合系数。3.根据权利要求2所述的基于Ramsey干涉实验进行量子比特频率校准方法,其特征在于,对量子比特进行N次Ramsey干涉实验时,量子比特频率fq保持不变。

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