[发明专利]用于量子位状态读出的系统、方法以及装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求根据35U.S.C.119(e)于2007年9月24日提交的发明名称为“Systems，Methods，and Apparatus for Qubit State Readout”的美国临时专利申请序列号60/974,743的权益，该专利申请通过引用全文结合在此。

技术领域

本系统、方法以及装置涉及在读出计算量子位状态时使用锁存量子位。

背景技术

在1936年由Alan Turing描述的图灵机是一种理论上的计算系统。能够有效地模拟任何其他图灵机的一台图灵机被称为通用图灵机(UTM)。丘奇-图灵理论陈述了任何实际的计算模型或者具有一个UTM的等效运算能力或者具有其运算能力的一个子集。

一台量子计算机是利用一种或者多种量子效应进行计算的任何物理系统。能够有效地模拟任何其他量子计算机的一台量子计算机被称为通用量子计算机(UQC)。

1981年Richard P.Feynman提出可以使用量子计算机比一台UTM更加有效地求解某些计算问题，并且因此推翻了丘奇-图灵理论。例如，参见Feynman R.P.，“Simulating Physics with Computers”，International Journal of Theoretical Physics，Vol.21(1982)pp.467-488。例如，Feynman指出一台量子计算机能够被用于模拟某些其他量子系统，从而允许所模拟的量子系统与使用一台UTM所可能的情况相比成指数级地更快地计算某些特性。

量子计算的途径

对于量子计算机的设计及运作存在几种通用的途径。这种途径之一是量子计算的“电路模型”。在这种途径中，通过多个逻辑门序列对量子位起作用，这些逻辑门序列是一种算法的已编排的代表。电路模型量子计算机对实际的实现方式有几种严重的障碍。在该电路模型中，所要求的是多个量子位在比单一门时间长得多的时间周期上保持相干。这种要求的出现是因为电路模型量子计算机要求被统称为量子误差校正的运作来进行运算。在没有电路模型量子计算机的这些量子位能够在单一门时间的1000倍数量级的时间周期上保持量子相干时，就不能够进行量子误差校正。大量研究工作一直集中于开发具有足以形成电路模型量子计算机的基本信息单元的相干性的量子位。例如，参见Shor，P.W.“Introduction toQuantum Algorithms”，arXiv.org：quant-ph/0005003(2001)，pp.1-27。本领域仍然受阻于不能够使量子位的相干性提高到用于设计并运行实际电路模型量子计算机的可接受的水准。

量子计算的另一个途径涉及将多个耦合的量子系统的一个系统的自然物理演算用作一个计算系统。该途径并不是关键性地利用量子门与量子电路。相反，从一个已知的初始化哈密尔顿算子开始，它取决于多个耦合的量子系统的一种系统的被引导的物理演算，其中有待解决的问题已按该系统的哈密尔顿算子进行编码，这样使得耦合的量子系统的该系统的最终状态包含了与有待解决的问题的答案相关的信息。该途径并不要求长的量子位相干时间。此类途径的实例包括绝热量子计算、群集-状态量子计算、单向量子计算、量子退火及经典退火，并且在如arXiv.org：quant-ph/0201031(2002)，pp1-16，Farhi，E.等人的“Quantum Adiabatic Evolution Algorithmsversus Simulated Annealing”中进行了说明。

量子位

如前所述，量子位能被用作用于量子计算机的基本信息单元。如同在UTM中的位一样，量子位可以指至少两个完全不同的量值；一个量子位可以指在其中存储信息的一个实际的物理装置，并且它还可以指从其物理装置抽象出的信息单位本身。量子位的实例包括量子粒子、原子、电子、光子、离子、等等。