[发明专利]用于操纵双量子位量子态的技术及相关系统和方法

说明书

根据一些方面，提供了一种操作系统的方法，该系统包括多级量子系统，该多级量子系统色散地耦合至第一量子力学振荡器并且色散地耦合至第二量子力学振荡器，所述方法包括：将第一驱动波形施加至多级量子系统；将一个或更多个第二驱动波形施加至第一量子力学振荡器；以及将一个或更多个第三驱动波形施加至第二量子力学振荡器。

相关申请的交叉引用

本申请按照35U.S.C.§119(e)要求于2016年1月15日提交的标题为“Methods andApparatus for Manipulation of Multi-Cavity Quantum States”的美国临时专利申请第62/279,624号以及于2016年5月12号提交的标题为“Methods and Apparatus forManipulation of Multi-Cavity Quantum States”的美国临时专利申请第62/335,591号的权益，上述申请中的每一个的全部内容在此通过引用并入本文。

政府资助

本发明是在美国陆军研究局授予的W911NF-14-1-0011的政府支持下做出的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

制备和控制量子系统的量子态(quantum state)的能力对于量子信息处理而言是重要的。正如传统的计算机存储器应该具有对位进行初始化并实现将位的状态从零变成一以及从一变成零的门的能力，量子计算机应该能够对用于存储量子信息的量子系统的状态进行初始化，并且应该能够控制量子系统以实现改变量子系统的量子态的逻辑门。

量子信息可以被存储在各种量子力学系统中的任一个中。通常，可以使用被称为“量子位(qubit)”的量子位来存储量子信息，这些量子位通常是双态量子力学系统。然而，多态量子系统例如量子力学振荡器(oscillator)也可以用于存储量子信息。

发明内容

根据一些方面，提供了一种操作系统的方法，该系统包括色散地(dispersively)耦合至第一量子力学振荡器并且色散地耦合至第二量子力学振荡器的多级量子系统，该方法包括将第一驱动波形施加至多级量子系统，将一个或更多个第二驱动波形施加至第一量子力学振荡器，以及将一个或更多个第三驱动波形施加至第二量子力学振荡器。

根据一些实施方式，第一量子力学振荡器实现第一逻辑量子位，第二量子力学振荡器实现第二逻辑量子位，并且第一驱动波形、一个或更多个第二驱动波形以及一个或更多个第三驱动波形一起被配置成在第一逻辑量子位与第二逻辑量子位之间实现量子逻辑门。

根据一些实施方式，多级量子系统是非线性量子系统。

根据一些实施方式，第一驱动波形被配置成产生多级量子系统的状态的叠加，一个或更多个第二驱动波形被配置成以多级量子系统的状态为条件来相干地向第一量子力学振荡器添加能量或者从第一量子力学振荡器去除能量，并且一个或更多个第三驱动波形被配置成以多级量子系统的状态为条件来相干地向第二量子力学振荡器添加能量或者从第二量子力学振荡器去除能量。

根据一些实施方式，多级量子系统的状态是基态和第一激发态的叠加。

根据一些实施方式，一个或更多个第二驱动波形和一个或更多个第三驱动波形被配置成以多级量子系统是处于基态还是处于第一激发态为条件来相干地添加能量或者去除能量。

根据一些实施方式，一个或更多个第二驱动波形由带宽小于第一量子力学振荡器的色散频移的单个驱动波形组成，该色散频移与多级量子系统的基态与第一激发态之间的跃迁相关联。

根据一些实施方式，施加一个或更多个第二驱动波形包括：将初始驱动波形施加至第一量子力学振荡器，该初始驱动波形相干地将能量添加至第一量子力学振荡器或者从第一量子力学振荡器去除能量；在施加了初始驱动波形之后等待预定时间；以及将后续驱动波形施加至第一量子力学振荡器，该后续驱动波形相干地将能量添加至第一量子力学振荡器或者从第一量子力学振荡器去除能量。