[发明专利]构建纠缠态的方法、装置、实现节点连接的方法及装置

说明书

本文公开一种构建纠缠态的方法、装置、实现节点连接的方法及装置，包括：本发明实施例采用同一种离子作为数据量子比特与辅助量子比特，使用处于第一能级组的离子构建纠缠态，由于用于执行数据存储操作的第二能级的跃迁与第一能级组的跃迁互不干扰，在有效消除串扰的同时降低了系统复杂度，确保了数据量子比特与辅助量子比特之间量子逻辑门的保真度。

技术领域

本文涉及但不限于量子信息技术，尤指一种构建纠缠态的方法、装置、实现节点连接的方法及装置。

背景技术

量子网络是量子信息领域的重要元素。量子信息是量子力学与信息理论的交叉应用，利用量子纠缠原理，可实现经典信息领域所缺乏的安全通信以及超越经典计算能力的量子计算。量子网络主要分为量子通讯网络和量子计算网络；量子计算网络是量子计算平台扩展的主要途径之一，在一些特定问题上具有超越经典计算的计算能力，因此备受关注。目前的量子计算平台一般面临着可扩展性不足的瓶颈。搭建量子网络，使分立的量子计算节点相互连接，可极大地扩展系统计算能力，实现大规模量子计算。

图1为相关技术中的量子网络的组成框图，如图1所示，量子网络由两部分组成：量子节点和量子信道；其中，量子信道，一般选用光子作为信息载体，实现量子信息在节点间的传输；量子信道是光子的通道，可以是自由空间，也可以是光纤。不同波长的光子在量子信道中的衰减率不同，通讯波段的光子在光纤中的衰减率较低，因此，采用通讯波段的光子作为信息载体能有效增加量子网络的规模。量子节点，包含多个量子比特；图2为相关技术中量子节点的示意图，如图2所示，量子节点中包含的量子比特分为数据量子比特和辅助量子比特；其中，数据量子比特主要负责量子信息的存储和处理；辅助量子比特主要负责实现量子节点之间的连接，连接的本质是建立不同量子节点中辅助量子比特之间的纠缠态；通常使用光子作为媒介来实现。量子节点中包含的量子比特一般要求具有较长的寿命和相干时间，用于获得量子节点中量子比特的常用系统包括：囚禁离子、超导电路、中性原子(或者原子团)、金刚石氮空穴系统等。

建立量子节点之间连接的方法可分为两类：第一类方法涉及到一个光子，首先在一个量子节点内实现辅助量子比特与光子之间的纠缠，然后将光子通过量子信道传送至另外一个量子节点，在该量子节点内将光子的状态转移至辅助量子比特。第二类方法涉及到两个光子，首先在两个量子节点内分别实现辅助量子比特与光子之间的纠缠，然后将两个光子通过量子信道传送至两个量子比特之间的一个点，对这两个光子进行联合测量确定是否成功建立连接。建立量子节点之间连接的关键是构建辅助量子比特与光子之间的纠缠态。构建方法又可分为概率性(probabilistic)的方法和确定性(deterministic)的方法。图3为相关技术采用概率性方法纠缠态的示意图，如图3所示，利用激光将量子比特激发到上能级|e，随后自发辐射掉回下能级，并伴随光子的释放；量子比特掉回不同能级上时，其释放的光子具有不同的状态，如频率或者偏振不同，因此构建了量子比特与光子之间的纠缠态。图4为相关技术采用确定性方法构建纠缠态的示意图，如图4所示，借助光学谐振腔，利用两个频率的激光，同时激发(诱导)|g→|d和|g→|d′的拉曼跃迁，跃迁过程中，量子比特释放出与谐振腔腔模共振的光子，跃迁后量子比特的状态不同，所释放光子的偏振状态也不同，因此构建了量子比特与光子之间的纠缠态。