拉曼跃迁的方法和装置、构建量子逻辑门的方法及装置

摘要

本文公开一种拉曼跃迁的方法和装置、构建量子逻辑门的方法及装置，包括：对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第二连续激光；利用获得的第二连续激光照射量子比特，以实现量子比特的拉曼跃迁。本发明实施例通过对单频的第一连续激光进行频移，获得了仅包含两个频率成分的第二连续激光，由于获得的是仅包含两个频率成分的第二连续激光，因此无需进行重复频率调制，由于第二连续激光不是采用相位调制获得，因此也无需处理贝塞尔函数幅度问题，本发明实施例为在简化硬件复杂度的基础上构建量子逻辑门提供了技术支持。

说明书

技术领域

本文涉及但不限于量子计算技术，尤指一种拉曼跃迁的方法和装置、构建量子逻辑门的方法及装置。

背景技术

量子计算机是一种使用量子逻辑进行通用计算的设备；量子计算机的基础逻辑单元由遵守量子力学原理的量子比特构成，大量相互作用的量子比特可以在物理上实现量子计算机。相对于传统计算机，量子计算机可大幅度减少在解决一些特定问题时的运算时间；量子计算机在未来的基础科学研究、量子通讯及密码学、人工智能、金融市场模拟和气候变化预测等方面具有广泛的应用前景，因此受到了广泛关注。

利用囚禁于势阱中的量子比特阵列可以在现有实验条件下实现高保真度的量子逻辑门操作；量子比特在相互作用控制、长相干时间、高保真度量子逻辑门操作及量子纠错等衡量量子计算性能的关键指标方面都有非常优秀的表现，是最有可能实现量子计算机的平台之一。

通过实现拉曼跃迁进而量子逻辑门(包括单比特量子逻辑门和双比特量子逻辑门)的构建是实现量子计算必不可少的步骤；相关技术中，主要利用远失谐的激光产生的拉曼跃迁。为了兼容对激光相位不敏感的量子逻辑门，相关主要依赖于锁模激光器产生的脉冲激光或者利用电光器件对连续激光产生频率边带，获得的是包含三个以上频率成分的连续激光；上述两种方法中，前者需要调节脉冲重复频率以获得两个频率成分的连续激光，存在硬件设施复杂且昂贵问题；后者在电光相位调制时会产生贝塞尔函数幅度问题，在构建对激光相位不敏感的量子逻辑门时，需要复杂的硬件设施。

如何在降低硬件复杂度的情况下实现量子逻辑门的构建，成为一个有待解决的问题。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种拉曼跃迁的方法和装置、构建量子逻辑门的方法及装置，能够在降低硬件复杂度的情况下实现量子逻辑门的构建。

本发明实施例提供了一种拉曼跃迁的方法，包括：

对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第二连续激光；

利用获得的第二连续激光照射量子比特，以实现量子比特的拉曼跃迁。

另一方面，本发明实施例还提供一种构建量子逻辑门的方法，包括：

对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第三连续激光；

利用获得的第三连续激光照射用于构建量子逻辑门的量子比特，以通过量子比特的拉曼跃迁构建量子逻辑门；

其中，所述第三连续激光的两个频率成分的频率之差ω

再一方面，本发明实施例还提供一种拉曼跃迁的装置，包括：频移单元和跃迁单元；其中，

频移单元设置为：对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第二连续激光；

跃迁单元设置为：利用获得的第二连续激光照射量子比特，以实现量子比特的拉曼跃迁。

还一方面，本发明实施例还提供一种构建量子逻辑门的装置，包括：频移单元和照射单元；其中，

频移单元设置为：对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第三连续激光；

照射单元设置为：利用获得的第三连续激光照射用于构建量子逻辑门的量子比特，以通过量子比特的拉曼跃迁构建量子逻辑门；

其中，所述第三连续激光的两个频率成分的频率之差ω

本申请技术方案包括：对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第二连续激光；利用获得的第二连续激光照射量子比特，以实现量子比特的拉曼跃迁。本发明实施例通过对单频的第一连续激光进行频移，获得了仅包含两个频率成分的第二连续激光，由于获得的是仅包含两个频率成分的第二连续激光，因此无需进行重复频率调制，由于第二连续激光不是采用相位调制获得，因此也无需处理贝塞尔函数幅度问题，本发明实施例为在简化硬件复杂度的基础上构建量子逻辑门提供了技术支持。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例拉曼跃迁的方法的流程图；

图2为本发明实施例生成第二连续激光的原理图；

图3为本发明实施例电光移频器的工作示意图；

图4为本发明实施例量子比特的能级示意图；

图5为本发明实施例构建量子逻辑门的方法的流程图；

图6为本发明实施例构建单量子逻辑门的装置的组成框图；

图7为本发明实施例构建双量子逻辑门的装置的组成框图；

图8为本发明实施例拉曼跃迁的装置的结构框图；

图9为本发明实施例构建量子逻辑门的装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本发明实施例拉曼跃迁的方法的流程图，如图1所示，包括：

步骤101、对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第二连续激光；

步骤102、利用获得的第二连续激光照射量子比特，以实现量子比特的拉曼跃迁。

本发明实施例通过对单频的第一连续激光进行频移，获得了仅包含两个频率成分的第二连续激光，基于获得的第二连续激光实现量子比特的拉曼跃迁，由于仅包含两个频率成分，无需进行重复频率调制，也无需处理因为相位调制而产生的贝塞尔函数幅度问题，因此，在简化硬件复杂度的基础上实现了量子比特的拉曼跃迁，为简化构建量子逻辑门的硬件组成提供了技术支持。

在一种示例性实例中，本发明实施例获得仅包含两个频率成分的连续激光，包括：

通过预设的电光移频器对单频的第一连续激光进行频移，获取第二连续激光；

其中，电光移频器包含第一光腔、第一频率调制器、第二光腔和第二频率调制器；第一光腔和第二光腔的本征频率相同且通过倏逝光场进行相互耦合；第一频率调制器用于在接入预设的第一震荡电压的情况下调制第一光腔的频率，第二频率调制器接入预设的第二震荡电压的情况下调制第二光腔的频率，第一光腔和第二光腔在第一频率调制器和第二频率调制器的作用下，使输入电光移频器的第一连续激光的光子发生频移，获得第二连续激光。

在一种示例性实例中，本发明实施例第一光腔和第二光腔均为环形谐振腔。

在一种示例性实例中，获得仅包含两个频率成分的第二连续激光的同时，本发明实施例方法还包括：

通过调整第一震荡电压和第二震荡电压的幅度，调整第二连续激光中两个频率的光子的比例。

在一种示例性实例中，本发明实施例第一光腔和第二光腔的本征频率均为ω，二者之间存在强度为g的耦合相互作用。第一频率调制器对第一光腔的频率进行调制，第二频率调制器调制第二光腔的频率，第一光腔和第二光腔的频率存在π的相位差；在一种示例性实例中，本发明实施例包括但不限于通过外界输入的震荡电压信号V

在一种示例性实例中，本发明实施例中的电光移频器包括：基于波导和耦合谐振腔的电光移频器。图3为本发明实施例电光移频器的工作示意图，如图3所示，单频的第一连续激光打进本发明实施例中的电光移频器，使得单一的频率成分变成了两个频率成分；在一种示例性实例中，本发明实施例中的两个频率成分之差和电光移频器的调制频率一致。

图4为本发明实施例量子比特的能级示意图，如图4所示，图中的|↓＞和|↑>分别是量子比特的两个能级，含有两个频率成分的激光通过第三个远失谐的能级|1>对在离子阱中两个量子比特的能级产生拉曼操作；两个频率成分之差为ω

图5为本发明实施例构建量子逻辑门的方法的流程图，如图5所示，包括：

步骤501、对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第三连续激光；

步骤502、利用获得的第三连续激光照射用于构建量子逻辑门的量子比特，以通过量子比特的拉曼跃迁构建量子逻辑门；

其中，第三连续激光的两个频率成分的频率之差ω

在一种示例性实例中，本发明实施例可以通过预设的电光移频器对单频的第一连续激光进行频移，获得第三连续激光。本发明实施例通过频移操作，使获得的第三连续激光仅包含两个频率成分，且两个频率成分的频率之差ω

本发明实施例通过对单频的第一连续激光进行频移，获得了仅包含两个频率成分的第三连续激光，在简化硬件复杂度的基础上实现了量子逻辑门的构建。

在一种示例性实例中，本发明实施例频率之差ω

在一种示例性实例中，本发明实施例利用获得的第三连续激光照射用于构建量子逻辑门的量子比特，包括：

将第三连续激光，通过预设的第一声光器件照射在用于构建量子逻辑门的量子比特上，以构建单比特的量子逻辑门。

需要说明的是，本发明实施例第一声光器件用于按照预设的第一控制指令对第三连续激光进行开关控制；第一控制指令根据构建单比特的量子逻辑门的相关原理设置。

图6为本发明实施例构建单量子逻辑门的装置的组成框图，如图6所示，调节第三连续激光的两个频率成分的频率之差和量子比特的能级劈裂值一致，即ω

在一种示例性实例中，本发明实施例利用获得的第三连续激光照射用于构建量子逻辑门的量子比特，包括：

将获得的第三连续激光进行分束，获得两束第三连续分束激光；

将分束获得的各第三连续分束激光，分别通过一个第二声光器件按照预设角度照射在用于构建量子逻辑门的量子比特上，以构建双比特的量子逻辑门。

需要说明的是，本发明实施例第二声光器件用于按照预设的第二控制指令对第三连续激光进行开关控制；第二控制指令根据构建双比特的量子逻辑门的相关原理设置。

图7为本发明实施例构建双量子逻辑门的装置的组成框图，如图7所示，首先两个频率成分要调节到和量子比特能级相近但不一致；在一种示例性实例中，ω

在一种示例性实例中，本发明实施例中的第三连续激光可以是远失谐的连续激光，也可以是近失谐的连续激光。

图8为本发明实施例拉曼跃迁的装置的结构框图，如图8所示，包括：频移单元和跃迁单元；其中，

频移单元设置为：对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第二连续激光；

跃迁单元设置为：利用获得的第二连续激光照射量子比特，以实现量子比特的拉曼跃迁。

在一种示例性实例中，本发明实施例频移单元是设置为：

通过预设的电光移频器对单频的第一连续激光进行频移，获取第二连续激光；

其中，电光移频器包含第一光腔、第一频率调制器、第二光腔和第二频率调制器；第一光腔和第二光腔的本征频率相同且通过倏逝光场进行相互耦合；第一频率调制器用于在接入预设的第一震荡电压的情况下调制第一光腔的频率，第二频率调制器接入预设的第二震荡电压的情况下调制第二光腔的频率，第一光腔和第二光腔在第一频率调制器和第二频率调制器的作用下，使输入电光移频器的第一连续激光的光子发生频移，获得第二连续激光。

在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一光腔和第二光腔均为环形谐振腔。

在一种示例性实例中，本发明实施例频移单元还设置为：

通过调整第一震荡电压和第二震荡电压的幅度，调整第二连续激光中两个频率的光子的比例。

在一种示例性实例中，本发明实施例中的电光移频器包括：基于波导和耦合谐振腔的电光移频器。

图9为本发明实施例构建量子逻辑门的装置的结构框图，如图9所示，包括：频移单元和照射单元；其中，

频移单元设置为：对单频的第一连续激光进行频移，获得仅包含两个频率成分的第三连续激光；

照射单元设置为：利用获得的第三连续激光照射用于构建量子逻辑门的量子比特，以通过量子比特的拉曼跃迁构建量子逻辑门；

其中，第三连续激光的两个频率成分的频率之差ω

在一种示例性实例中，本发明实施例照射单元是设置为：

将第三连续激光，通过预设的第一声光器件照射在用于构建量子逻辑门的量子比特上，以构建单比特的量子逻辑门。

在一种示例性实例中，本发明实施例照射单元是设置为：

将第三连续激光进行分束，获得两束第三连续分束激光；

将分束获得的各第三连续分束激光，分别通过一个第二声光器件按照预设角度照射在用于构建量子逻辑门的量子比特上，以构建双比特的量子逻辑门。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。