量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机与流程

本发明属于量子芯片测控，特别涉及一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机。

背景技术：

1、量子计算是量子力学与计算机相结合的一种通过遵循量子力学规律、调控量子信息单元来进行计算的新型计算方式。它以微观粒子构成的量子比特位基本单元，具有量子叠加、纠缠等特性。并且，通过量子态的受控演化，量子计算能够实现信息编码和计算存储，具有经典计算无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。

2、量子计算机核心为量子芯片，量子芯片上设置有多个量子比特，每个量子比特由设置在量子芯片上的特定硬件电路构成，每个量子比特具备至少两个可区分的逻辑状态，基于量子算法，量子比特的逻辑状态可以发生可控变化，进而实现量子计算。

3、量子计算机还包括为量子芯片提供测控环境的测控系统。该测控系统主要包括位于室温层的硬件设备和位于稀释制冷机内的低温器件和信号传输线。量子芯片封装完毕之后，被固定在稀释制冷机最下层的极低温层，通过层与层之间的同轴线最终连接至室温的硬件设备。该测控系统中，在对量子比特的量子态进行调控时，主要用到两类线路，一类是用于对量子比特的量子态进行调控的第一类传输线，另一类是用于对量子比特的频率进行调控的第二类传输线。

4、量子芯片上多个量子比特间的耦合是通过耦合结构实现的邻间耦合，在进行两量子比特实验时，需要通过在第一类传输线上施加控制信号同时将对应的两个量子比特的量子态调整到要实现的两量子比特门所需要的量子态。但是由于第一类传输线上设置有多种微波器件，且不同第一类传输线的长度不能保证完全相等，使得不同第一类传输线上控制信号的传输延时有所不同，从而导致不同控制信号不能按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，会导致两个量子比特中的一个量子比特的量子态提前被激发，偏离预设的量子态，会严重影响两量子比特门的调控精度。因此，如何校准不同量子比特的第一类传输线上的线路延时，以保证不同控制信号按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，提高两量子比特门的调控精度是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机，以解决现有技术中在进行两量子比特实验时因不同量子比特的第一类传输线上的传输延时有所不同，从而导致不同控制信号不能按照设计的时序同时到达其对应的量子比特，使得两量子比特门的调控精度很低的问题，本发明可以提高两量子比特门的调控精度。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种量子计算机系统延时的校准方法，所述量子计算机系统包括量子芯片，所述量子芯片上设置有多个量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述校准方法包括：

3、获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特相互耦合；

4、获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时；

5、基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准。

6、可选的，所述获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时，具体包括：

7、基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时。

8、可选的，所述获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，具体包括：

9、基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时。

10、可选的，所述基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，具体包括：

11、预设施加在所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号的持续时间为第一时间；

12、基于所述第一时间和所述第一延时确定施加在所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的持续时间为第二时间；

13、基于所述第二时间和所述第三延时确定施加在所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的持续时间为第三时间；

14、基于所述第三时间和所述第二延时确定施加在所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线上的量子态调控信号的持续时间为第四时间；

15、基于所述第一时间和所述第四时间确定所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时。

16、可选的，所述基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时，具体包括：

17、通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加第一控制信号至所述第一量子比特，并通过所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线施加第一预设延时后的第二控制信号至所述第一量子比特；其中，所述第一控制信号用于调控所述第一量子比特的量子态至本征态，所述第二控制信号用于调控所述第一量子比特的频率，所述第一量子比特的频率改变会影响其量子态为本征态的概率；

18、在第一预设范围内依次更新所述第一预设延时，并施加更新所述第一预设延时后的所述第二控制信号至所述第一量子比特，获得所述第一量子比特的量子态为本征态的概率随所述第一预设延时变化的第一曲线；其中，所述第一预设范围根据所述第一量子比特连接的所述量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线的长度设定；

19、判断所述第一曲线是否具有波谷；若是，基于所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时确定所述第一延时。

20、可选的，在所述判断所述第一曲线是否具有波谷之后，还包括：

21、若否，将所述第一控制信号延迟第一固定时长，返回执行通过所述第一量子比特连接的量子态调控信号传输线施加第一控制信号至所述第一量子比特。

22、可选的，所述第一控制信号延迟第一固定时长后，所述第一曲线具有波谷时，所述基于所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时确定所述第一延时，具体包括：

23、分别获取所述第一曲线的波谷对应的第一预设延时；

24、分别基于所述第一预设延时以及所述第一固定时长确定所述第一延时。

25、可选的，所述基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，具体包括：

26、将所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别预设为激发态和基态，并基于所述第一量子比特和所述第二量子比特的共振试验获得分别施加在所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上的频率调控信号的第一幅度和第二幅度；其中，所述共振试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的耦合强度随所述频率调控信号的幅度变化的实验；

27、基于所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线上施加的频率调控信号的第一幅度和第二幅度、以及所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态振荡试验获得所述频率调控信号的第一宽度；其中，所述量子态振荡试验为测量所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态随所述频率调控信号的宽度变化的实验；

28、施加具有所述第一幅度和所述第一宽度的第一频率调控信号至所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线，并在第二预设范围内依次更新第二预设延时，施加更新所述第二预设延时后的具有所述第二幅度和所述第一宽度的第二频率调控信号至所述第二量子比特连接的频率调控信号传输线，获得所述第一量子比特和所述第二量子比特的量子态分别为激发态和基态的概率随所述第二预设延时变化的第二曲线；

29、判断所述第二曲线是否具有波谷，若是，基于所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时确定所述第三延时。

30、可选的，在所述判断所述第二曲线是否具有波谷之后，还包括：

31、若否，所述第一频率调控信号延时第二固定时长，返回执行施加具有所述第一幅度和所述第一宽度的第一频率调控信号至所述第一量子比特连接的频率调控信号传输线。

32、可选的，所述第一频率调控信号延时第二固定时长后，所述第二曲线具有波谷时，所述基于所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时确定所述第三延时，具体包括：

33、获取所述第二曲线的波谷对应的第二预设延时；

34、基于所述第二预设延时以及所述第二固定时长确定所述第三延时。

35、第二方面，本发明提供了一种量子计算机系统延时的校准装置，包括：

36、第一获取模块，用于基于量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时；其中，所述第一量子比特和所述第二量子比特相互耦合；

37、第二获取模块，用于基于相互耦合的两个量子比特的量子态演化受其量子态调控信号和频率调控信号变化影响的表征获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时；

38、校准模块，用于基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准。

39、第三方面，本发明提供了一种量子计算机，所述量子计算机包括量子芯片，以及如第二方面所述的量子计算机系统延时的校准装置，其中，所述量子芯片上设置有多个相互耦合的量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述量子计算机系统延时的校准装置连接所述量子态调控信号传输线和所述频率调控信号传输线，用于实现如第三方面所述的量子计算机系统延时的校准方法。

40、与现有技术相比，本发明提供的一种量子计算机系统延时的校准方法、校准装置及量子计算机，具有以下有益效果：所述量子计算机系统包括量子芯片，所述量子芯片上设置有多个量子比特，每个所述量子比特均连接有量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线，所述校准方法在实施时，首先获取第一量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第一延时以及第二量子比特连接的量子态调控信号传输线和频率调控信号传输线之间的第二延时，然后获取所述第一量子比特和所述第二量子比特分别连接的频率调控信号传输线间之间的第三延时，最后基于所述第一延时、所述第二延时、以及所述第三延时获取所述第一量子比特和所述第二量子比特连接的量子态调控信号传输线之间的第四延时，并基于所述第四延时进行延时校准，从而消除不同量子态调控信号传输线上因设置有多种微波器件以及因长度不同带来的传输延时，以使得不同频率调控信号按照设计的时序到达其对应的量子比特，分别同时激发对应的量子比特，提高两量子比特门的调控精度。