一种量子计算机的自检方法和系统与流程

本发明属于量子计算机，更具体地，涉及一种量子计算机的自检方法和系统。

背景技术：

1、中性原子量子计算中需要用到多种波长的激光脉冲操控量子比特，这些微秒量级甚至亚微秒的脉冲一般是由声光调制器脉冲调制产生的，同时还需要配合机械快门来保证激光的完全关断，避免残留光的影响。此外还需要用到多个方向的磁场进行原子冷却、内态制备等，磁场的开关是通过电流开关实现的，大小通过电流强度控制。操控量子比特内态时会用到微波脉冲，这是通过微波源和微波喇叭产生的。由此可见在量子计算体系中，会用到非常多的激光短脉冲、磁场脉冲、微波脉冲等一系列的脉冲信号，这些脉冲信号的开关时间、幅度直接影响了对量子比特的操控结果，是不能出现任何错误的。

2、但是这一系列的脉冲信号都是由多种电子设备共同作用产生的，其中任何一个设备出现问题，就会导致实际脉冲与设置脉冲的不吻合，从而使后续计算结果不可靠。并且由于脉冲之间的效果是相互影响的，其中一个出现问题后很难通过计算结果快速定位到出问题的电子设备。因此这带来了两个问题：一、难以判断在时序计算过程中是否有电子设备出现故障，导致实际脉冲与设置脉冲不吻合；二、即使通过计算结果反推出脉冲出现问题，也难以快速定位到具体的电子设备。这两点对于量子计算来说是致命的问题。

3、鉴于此，如何克服上述现有技术所存在的技术问题是本技术领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于克服上述现有技术中存在的技术问题，为了解决现有量子计算中难以判断故障、难以定位到具体的故障设备的不足，提供一种量子计算机的自检方法和系统，通过使用该方法和系统可以在每次计算之前对整个计算机所涉及到的脉冲产生设备进行检查，并通过与“校准波形”进行对比，可迅速定位到出现问题的电子设备，从而大大提高量子计算机的执行效率。

2、为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种量子计算机的自检方法，包括：

3、对量子计算机中的脉冲信号进行监控；

4、通过预设顺序对不同的脉冲信号进行测量并叠加，以获取自检采集到的实际波形；

5、将实际波形与预先获得的校准波形进行比较，以得到最终的检验波形；

6、通过分析检验波形的电压值，以快速发现脉冲信号是否有错误，并定位发生错误的器件。

7、在一个可选的实施方式中，所述对量子计算机中的脉冲信号进行监控具体包括：

8、通过光电探测器对激光脉冲信号进行监控；

9、通过磁力计对三维磁场脉冲信号进行监控；

10、通过微波功率计对微波脉冲信号进行监控。

11、在一个可选的实施方式中，所述通过光电探测器对激光脉冲信号进行监控具体包括：在光纤耦合架之前加上一个分光片，使经过调制的激光分出一部分进入另外一个光纤耦合架，并将这部分激光导引到一个光电探测器上，通过光电探测器上的电压波形变化来反应该路激光脉冲信号；将系统中所有的激光脉冲信号都导引到同一个光电探测器上，使该光电探测器的输出电压包含多路激光脉冲信号的信息，同时对所有激光脉冲信号起到监测作用；

12、所述通过磁力计对三维磁场脉冲信号进行监控具体包括：通过在磁场线圈周围加上磁力计，以实时监测系统中三维磁场的变化情况；

13、所述通过微波功率计对微波脉冲信号进行监控具体包括：在量子比特计算区域附近加上微波功率计，以实时监测系统中微波脉冲信号，实现对微波脉冲信号的监测。

14、在一个可选的实施方式中，所述通过预设顺序对不同的脉冲信号进行测量并叠加，以获取自检采集到的实际波形具体包括：

15、通过预设顺序来控制系统中的各个器件按预设顺序进行开关，从而产生预设顺序的脉冲信号；

16、将按预设顺序开关后的光电探测器输出信号、磁力计输出信号以及微波功率计输出信号采集后，得到各个通道上的电压变化波形，以分别反应激光脉冲波形、磁场开关波形以及微波脉冲波形；

17、将各个通道的电压值相加以获得本次自检采集到的实际波形。

18、在一个可选的实施方式中，所述预先获得的校准波形是当每个器件都正常工作时运行自检程序获得的波形；所述将实际波形与预先获得的校准波形进行比较，以得到最终的检验波形具体包括：通过自检程序将获得的实际波形与校准波形相减，以获得最终的检验波形。

19、在一个可选的实施方式中，所述通过分析检验波形的电压值，以快速发现脉冲信号是否有错误，并定位发生错误的器件具体包括：

20、若检验波形在整个时序中都保持电压值为0，则实际波形与校准波形的电压值在整个时序中都相同，证明所有器件的工作条件都是正常的，没有出现器件错误响应；

21、若检验波形在某一段时间内的电压值不为0，则实际波形与校准波形出现了偏差，通过定位发生错误的时间段并结合预设顺序，以快速定位发生错误的器件。

22、第二方面，本发明提供一种量子计算机的自检系统，应用如第一方面所述的量子计算机的自检方法，包括主机、采集卡、量子比特计算区域、微波操控模块、磁场电流源模块、光电探测器以及若干个激光模块；其中：

23、所述量子比特计算区域包含用于与若干个所述激光模块相连的激光输入端口、用于与所述微波操控模块相连的微波输入端口、用于与所述磁场电流源模块相连的电流输入端口、用于进行微波脉冲测量的微波功率计以及用于磁场波形测量的磁场计；

24、所述光电探测器与若干个所述激光模块相连，以用于激光脉冲测量；

25、所述采集卡一方面分别与所述光电探测器、所述微波功率计以及所述磁场计相连，另一方面与所述主机相连，用于采集激光脉冲信号、微波脉冲信号、磁场脉冲信号并传递到所述主机。

26、在一个可选的实施方式中，每个所述激光模块内部均包括激光器、调制器、机械快门、分光片、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、调制器驱动设备以及机械快门驱动设备，其中：

27、所述激光器输出的激光经过调制器调制后再经过机械快门；调制器驱动设备输出的调制信号经过电连接传输到调制器的输入端，来实现对激光的频率和脉冲调制；机械快门驱动设备输出的控制信号经过电连接传输到机械快门的输入端，来实现对激光的快关作用；激光束经过分光片被分为两束，其中一束高功率的激光被耦合进第一光纤耦合器，用于输入到量子比特计算区域，实现对量子比特的操控；另外一束低功率的激光被耦合进第二光纤耦合器，经过光纤传输后入射到光电探测器上。

28、在一个可选的实施方式中，所述微波操控模块内部包括微波源、微波开关以及微波功放，其中：

29、所述微波源输出的微波信号经过电连接传输到微波开关上，微波开关用于实现对微波信号的开关，以此实现微波脉冲调制功能；经过微波开关的信号由电缆连接到微波功放上，以实现对微波信号的放大；经过放大后的微波信号经过电连接传输到量子比特计算区域的微波输入端口，以实现对量子比特的微波操控。

30、在一个可选的实施方式中，所述磁场电流源模块内部包括多路给磁场线圈供电的电流源，所述多路给磁场线圈供电的电流源输出的电流信号经过电连接输入到量子比特计算区域的电流输入端口，用于给磁场线圈供电。

31、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：将量子计算机中所有的脉冲信号进行监控，并在时间域上进行测量，通过将采集到的脉冲波形进行处理后与“校准波形”进行比较，从而实现自检功能。本发明实施例在不同时间段执行不同的开关顺序，将所有的脉冲信号依次展现，达到快速发现问题并快速定位问题的效果。