[发明专利]量子电路生成

说明书

一种用于量子计算机的量子电路发生器包括：控制器；以及多个模拟转换单元(ACU)，这些ACU可操作地连接到该控制器上，每个ACU被操作性地连接到多个量子位中的对应的量子位上，其中每个ACU被配置为将来自该控制器的数字输入转换成在微波频率下的模拟输入以控制该对应的量子位的量子状态。该控制器被配置为使用该多个量子位中的至少两个量子位来生成量子电路，该至少两个量子位是由该控制器基于由该控制器映射的对应的经典比特并且基于该生成的量子电路的延迟来选择的，这样使得该生成的量子电路具有小于延迟阈值的延迟。

技术领域

本发明总体上涉及量子计算，并且更具体地涉及用于产生量子电路的方法和装置。

背景技术

量子编程是汇编指令序列或量子程序的过程，这些指令序列或量子程序能够以一个或多个量子电路的形式在量子计算机上运行。当执行常规的量子程序时，由量子计算机产生结果。量子程序可以相对较大并且可以具有独立工作的许多量子电路。其结果是，在该量子计算机中执行或运行常规的量子程序并且从该计算机产生或获得结果所花费的时间可以是相对高的。

存储在一个量子位中的信息在一个非常小的时间窗口中保持相干，该时间窗口是可以进行量子计算的时间。许多量子电路(量子程序)中的主要延迟瓶颈取决于量子和经典逻辑之间的通信，这可能消耗大部分相干性预算。这种延迟部分是由于i)量子位从量子读出到经典，以及ii)在下一个微波脉冲的决定之后的经典的逻辑。在超导量子位中，由于量子位从量子读出到经典的延迟可以是大约100纳秒。由于经典的逻辑随后是下一个微波脉冲的决定的延迟高度依赖于模拟转换单元(ACU)的物理布局和系统互连性，这些模拟转换单元生成这些信号到量子位和从量子位接收这些信号。这些模拟转换单元(ACU)可以包括用于处理去往和来自该量子装置中的量子位的信号的数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)，并且经典寄存器与量子寄存器之间的空间关系和连接性造成该系统中的不同的延迟。

如果一个条件门在一个量子位上，该量子位的读出是在同一个模拟转换单元(ACU)上，这个延迟可以是大约100纳秒。然而，如果另一方面，量子电路(量子程序)要求不同的模拟转换单元(ACU)之间的通信，则该延迟可以高达约500纳秒或甚至约1微秒。这个时间帧在当今的量子位相干时间的任何一个之外，这将使量子计算不可操作。

因此，需要一种解决方案来减少延迟或最小化延迟以便实现有效的量子计算。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种用于量子计算机的量子电路发生器。该量子电路发生器包括一个控制器；可操作地连接到该控制器上的多个模拟转换单元(ACU)，每个ACU可操作地连接到多个量子位中的一个对应的量子位上。每个ACU被配置为将来自该控制器的一个数字输入转换成处于一个微波频率的一个模拟输入以控制该对应量子位的一个量子状态。该控制器被配置为使用该多个量子位中的至少两个量子位来生成一个量子电路，该至少两个量子位是由该控制器基于由该控制器映射的对应的经典比特并且基于该生成的量子电路的延迟来选择的，这样使得该生成的量子电路具有小于一个阈值延迟的一个延迟。

本发明的另一个方面是提供一种量子计算机。该量子计算机包括：在其中限定一个制冷室的一个制冷容器；置于该制冷室内的一个量子处理器，该量子处理器包括多个量子位，该多个量子位中的至少两个量子位是可选择的以产生一个量子电路，该量子电路具有一个延迟。该量子处理器可配置为使用与该多个量子位通信的一个量子电路发生器来构造一个量子电路。该量子电路发生器包括一个控制器；可操作地连接到该控制器上的多个模拟转换单元(ACU)，每个ACU可操作地连接到该多个量子位中的一个对应的量子位上。每个ACU被配置为将来自该控制器的一个数字输入转换成处于一个微波频率的一个模拟输入以控制该对应量子位的一个量子状态。该控制器被配置为使用该多个量子位中的至少两个量子位来生成该量子电路，该至少两个量子位是由该控制器基于由该控制器映射的对应的经典比特并且基于该生成的量子电路的延迟来选择的，这样使得该生成的量子电路具有小于一个阈值延迟的一个延迟。