[发明专利]一种构建逻辑门的方法、装置、计算机存储介质及终端

说明书

一种构建逻辑门的方法、装置、计算机存储介质及终端，包括：非共振驱动离子电四极矩跃迁，以产生与所述离子的量子态相关的相移；产生与所述离子的量子态相关的相移后，在所述离子上进行单比特操作，以获得两量子比特的可控的几何相位逻辑门；其中，与离子的量子态相关的相移用于：由超精细能级结构中两个m_F为0的磁子能级构成的量子比特|0、|1态上。本发明实施例通过在电四极矩跃迁产生与量子态相关的相移后，在离子上进行单比特操作，实现了在磁子能级m_F为0的量子比特上的几何相位逻辑门。

技术领域

本文涉及但不限于计算机技术，尤指一种构建逻辑门的方法、装置、计算机存储介质及终端。

背景技术

量子计算机是一种使用量子逻辑门进行通用量子计算和量子模拟的设备。构成量子计算机的基础逻辑单元是由遵守量子力学原理的量子比特，结合普适的单比特和双比特量子逻辑门，可以实现任意的逻辑门操作。复杂的量子算法可以分解成若干个单比特和双比特的量子逻辑门，通过这些量子逻辑门相干地操控大量的量子比特，可以物理实现量子计算机。在实验条件下，在囚禁于离子阱中的离子量子比特阵列上已经实现了高保真度的量子逻辑门操作；离子量子比特具有秒量级以上的相干时间，离子量子比特之间具有非常强的相互作用，且实现了高保真度的单比特及双比特的量子逻辑门的操作及量子纠错，成为最有可能实现量子计算机的平台之一。

目前，应用于量子计算机上的普适的量子逻辑门主要由单比特相位门及两比特的可控非门(CNOT)构成。而在离子阱量子计算中实现两比特的可控非门主要有三种方式：1、锡拉克-佐勒(Cirac-Zoller)逻辑门、莫尔默-索伦森逻辑门和几何相位逻辑门(Geometric phase gate)；其中，Cirac-Zoller逻辑门需要对所操控的两量子比特的振动模式冷却到基态并进行单比特寻址操控，单比特寻址操控过程需要把量子态从离子量子态映射到离子声子态，限制了该逻辑门的运算速度；附图1a为相关技术中Cirac-Zoller逻辑门的工作示意图，如图1a所示，Cirac-Zoller两比特相位逻辑门通过激发离子链质心模的红边带，把处于量子态|0,e上的量子比特转移到|1,g；这将使得两离子共享的声子态增加一个声子，从而促使处于声子基态的第二离子也激发到第一声子态；附图1b为相关技术中Cirac-Zoller逻辑门的下一工作示意图，如图1b所示，利用红失谐的边带激光把处于|1,g的第二量子比特耦合到一个附加的|a进行2π的相位旋转操作；附图1c为相关技术中Cirac-Zoller逻辑门的工作示意图，如图1c所示，将仍处于|1,g的第一个量子比特通过质心模的红边带进行π脉冲的翻转操作回到|0,e能级上，再结合单比特的相位旋转操作后实现可控与非门；在上述逻辑门操作过程中需要进行单比特寻址及量子态与声子态的交换。逻辑门的操作克服了对离子基态冷却及单比特寻址的要求，但驱动逻辑门的激光失谐频率接近于离子声子态频率，会存在一定概率的非共振跃迁，这限制了该逻辑门的操作速度和保真度；图2为相关技术逻辑门的能级图，如图2所示，利用双频率成分的拉曼激光场(频率为：ω₀±(ω_qubit+δ))驱动阱中的两离子，两拉曼光的频率分别失谐于同一声子模式的红蓝边带，在此情况下，任意一束拉曼光都失谐于离子的边带跃迁，但两束光可以通过失谐拉曼过程实现整体的自旋翻转；在旋转坐标下此过程可以看作相位可控的逻辑门操作，结合单比特旋转操作可以实现可控与非门；上述过程不依赖离子所处的具体声子模式，也不需要对离子进行单独的寻址操作。几何相位逻辑门的操作不需要做单比特寻址操控，且驱动逻辑门操作的激光可以远失谐于离子能级跃迁，因此可以获得高的保真度及非常快的逻辑门速度(10微秒量级)；图3为相关技术几何相位逻辑门的示意图，如图3所示，在两离子比特的拉伸声子模(Stretching Mode)上实现的几何相位逻辑门，示意了在脉冲激光作用下两离子不同量子态下的相空间演化；在由两束失谐的拉曼激光产生的行波场中，调谐囚禁势阱的阱频使得离子间距刚好为行波场波矢的整数倍；当两个离子处于不同量子态时，两离子将受到由AC Stark效应产生的偶极力，从而获得一个与量子态相关的相移。此外，在实验上还实现了其他类型的逻辑门，基本由上述三种逻辑门演化获得。