囚禁离子量子计算机的优化电路编译器的制作方法

本公开总体上涉及一种生成在量子计算机上运行的优化量子电路的方法，更具体地，涉及一种应用转化和优化规则来生成优化量子电路以使量子电路能够在实践中有效实现的方法。

背景技术：

1、在量子计算中，需要在计算过程中以近乎完美的控制，制备、操纵和测量(读出)类似于经典(数字)计算机中表示“0”和“1”的比特的量子位或量子比特。对量子比特的不完美控制会导致在计算过程中积累的错误，从而限制了能够执行可靠计算的量子计算机的规模。

2、被提出在其上构建大规模量子计算机的物理系统中，有一条被电磁场囚禁并悬浮在真空中的离子(即带电原子)链。这些离子具有内部超精细状态，这些内部超精细状态以几个ghz范围内的频率分开，并且可以用作量子比特的计算状态(称为“量子比特状态”)。这些超精细状态可以使用从激光器提供的辐射来控制，或者有时在本文中称为与激光束的相互作用。利用这种激光相互作用，离子可以被冷却到接近其运动基态。离子也可以高精度地光泵浦到两个超精细状态中的一个(量子比特的制备)，通过激光束在两个超精细状态之间进行操纵(单量子比特门操作)，并且在施加共振激光束时通过荧光检测到其内部超精细状态(读出量子比特)。可以使用激光脉冲通过量子比特状态相关的力可控地使一对离子纠缠(双量子比特门操作)，激光脉冲将离子耦合到囚禁离子链的集体运动模式，这些模式是由离子之间的库仑相互作用产生的。

3、在量子计算中，计算是作为作用于少量量子比特的量子逻辑门序列来执行的。需要设计该量子逻辑门序列(称为量子电路)，使得量子电路的实现在大规模量子计算中以期望的实际效率使用最少的资源。

技术实现思路

1、本公开的实施例提供一种使用量子计算机执行计算的方法。该方法包括：通过经典计算机将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过使用所述经典计算机调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；通过所述经典计算机将所述第一优化量子电路转化为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；通过使用所述经典计算机调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；以及在量子计算机上应用所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路来执行计算。

2、本公开的实施例还提供一种离子阱量子计算系统。所述离子阱量子计算系统包括：量子处理器，其包括多个量子比特，每个量子比特包括具有两个超精细状态的囚禁离子；一个或多个激光器，其被配置为发射被提供给所述量子处理器中的囚禁离子的第一拉曼激光束和第二拉曼激光束；经典计算机，其被配置为执行操作，所述操作包括：将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；将所述第一优化量子电路转化为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；以及通过调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；和系统控制器，其被配置为执行控制程序以控制所述一个或多个激光器在所述量子处理器上执行操作，所述操作包括将所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路应用在所述量子处理器上以执行计算；以及测量所述量子处理器中的量子比特状态的布居。所述经典计算机被进一步配置为输出所测量的所述量子处理器中的量子比特状态的布居。

3、本公开的实施例还提供一种离子阱量子计算系统。所述离子阱量子计算系统包括：经典计算机；量子处理器，其包括多个量子比特，每个量子比特包括具有两个超精细状态的囚禁离子；系统控制器，其被配置为执行控制程序，以控制一个或多个激光器在所述量子处理器上执行操作；以及非易失性存储器，其具有存储在其中的多个指令，当由一个或多个处理器执行时，所述指令使所述离子阱量子计算系统执行操作，所述操作包括：通过所述经典计算机将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过使用所述经典计算机调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；通过所述经典计算机将所述第一优化量子电路转化为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；通过使用所述经典计算机调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；以及通过所述系统控制器在量子计算机上应用所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路以执行计算；通过所述系统控制器测量所述量子处理器中的量子比特状态的布居；以及通过所述经典计算机输出所测量的所述量子处理器中的量子比特状态的布居。

技术特征：

1.一种使用量子计算机执行计算的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其中调整所述第二量子电路包括：

10.一种离子阱量子计算系统，包括：

11.根据权利要求10所述的离子阱量子计算系统，其中所述操作进一步包括：

12.根据权利要求10所述的离子阱量子计算系统，其中调整所述第二量子电路包括：

13.根据权利要求10所述的离子阱量子计算系统，其中调整所述第二量子电路包括：

14.根据权利要求10所述的离子阱量子计算系统，其中调整所述第二量子电路包括：

15.根据权利要求10所述的离子阱量子计算系统，其中调整所述第二量子电路包括：

16.一种离子阱量子计算系统，包括：

17.根据权利要求16所述的离子阱量子计算系统，进一步包括：

18.根据权利要求16所述的离子阱量子计算系统，其中调整所述第二量子电路包括：

19.根据权利要求16所述的离子阱量子计算系统，其中调整所述第二量子电路包括：

20.根据权利要求16所述的离子阱量子计算系统，其中调整所述第二量子电路包括：

技术总结
一种使用量子计算机执行计算的方法，该方法包括：通过经典计算机将第一量子电路转化为第二量子电路，其中所述第一量子电路包括传统门集并且所述第二量子电路包括标准囚禁离子门集；通过使用经典计算机调整所述第二量子电路，生成包括所述标准囚禁离子门集的第一优化量子电路；通过所述经典计算机将所述第一优化量子电路转换为包括相位不敏感的囚禁离子门集的第三量子电路；通过使用所述经典计算机调整所述第三量子电路，生成包括所述相位不敏感的囚禁离子门集的第二优化量子电路；以及在量子计算机上应用所述第一优化量子电路或所述第二优化量子电路来执行计算。

技术研发人员：南运盛
受保护的技术使用者：爱奥尼克公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13