量子比特高能级跃迁频率的测量方法、装置和量子计算机与流程

1.本技术涉及量子计算领域，尤其是涉及一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法、装置及量子计算机。


背景技术：

2.由于量子计算在解决特定问题上具有远超经典计算机性能的发展潜力，而为了实现量子计算机，需要获得一块包含有足够数量与足够质量量子比特的量子芯片，并且能够对量子比特进行极高保真度的量子逻辑门操作与读取。
3.相关技术中，量子比特采用如图1所示的人造多能级结构体系中的两个低能级来实现，即将系统的最低能级和第二低能级分别作为量子比特的基态和第一激发态(即|0》态和|1》态)。由于该多能级系统中相邻两个能级之间的能级差不是相等的，因此量子比特的基态和第一激发态能够与其他高激发态孤立起来，形成了一个{|0》，|1》}子空间。但在实际比特操控中，如常见的cz双比特门操作，可能会将量子比特从第一激发态激发到更高的能级，例如第二激发态(|2》态)。这种高能级泄漏降低了量子逻辑门的操控精度，从而影响了量子计算的精度。
4.为了更好地利用量子芯片进行量子计算，需要知晓量子芯片中各个量子比特的物理参数，例如跃迁频率等。如图2所示，量子比特的跃迁频率包括量子比特从基态跃迁到第一激发态的跃迁频率f
01
以及从第一激发态跃迁到第二激发态的高能级跃迁频率f
12
。精准测量出高能级跃迁频率，可以便于实现量子比特的高能级操控，从而能够对|2》态实现读取，研究泄漏误差并对其优化，以提高量子逻辑门的操控精度。
5.相关技术中，对于跃迁频率f
01
的测量准确度可达到99.9％，而对于高能级跃迁频率f
12
的测量准确度比较低。因此，如何提高高能级跃迁频率f
12
的测量准确度成为本领域亟待解决的技术问题。
6.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此，可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

7.本技术的目的是提供一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法、装置和量子计算机，以解决相关技术中的不足，它能够有效提高量子比特高能级跃迁频率的测量准确度。
8.本技术第一方面实施例提出了一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法，包括：
9.对待测量子比特施加第一调控信号，将所述待测量子比特调控到|1》态；
10.在预设的频率扫描范围内调整第二调控信号的频率，对所述待测量子比特再施加调整后的所述第二调控信号，其中，所述第二调控信号能够将所述待测量子比特由|1》态跃迁到|2》态；
11.获取所述待测量子比特的频谱曲线；
12.获取所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量子比
特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率。
13.优选的是，所述频率扫描范围不包含所述待测量子比特的工作点频率。
14.优选的是，所述频率扫描范围是基于所述待测量子比特的工作点频率和非谐性进行设定。
15.优选的是，所述频率扫描范围为其中，f
01
为所述待测量子比特的工作点频率，α为所述待测量子比特的非谐性。
16.优选的是，所述第二调控信号的幅值比所述第一调控信号的幅值大，所述第二调控信号的驱动功率与所述第一调控信号的驱动功率相同。
17.优选的是，所述第一调控信号和所述第二调控信号从量子控制系统的同一个信号通道输出。
18.优选的是，所述第一调控信号的频率与所述待测量子比特的工作点频率相同。
19.优选的是，在所述量子控制系统中设置用于生成所述第二调控信号的基带波形的频率变化范围为其中，if为用于生成所述第一调控信号的基带波形的频率，所述基带波形是由所述量子控制系统中的信号发生器产生。
20.优选的是，在对所述待测量子比特施加了一个所述第二调控信号之后，对所述待测量子比特再施加一个第三调控信号，其中，所述第三调控信号的参数与所述第一调控信号的参数相同。
21.优选的是，所述第一调控信号和所述第三调控信号均为能够操控所述待测量子比特使其量子态在|0》态和|1》态之间翻转的π脉冲。
22.本技术第二方面实施例提出了一种量子比特高能级跃迁频率的测量装置，包括：
23.第一比特调控模块，用于对待测量子比特施加第一调控信号，将所述待测量子比特调控到|1》态；
24.第二比特调控模块，用于在预设的频率扫描范围内调整第二调控信号的频率，对所述待测量子比特再施加调整后的所述第二调控信号，其中，所述第二调控信号能够将所述待测量子比特由|1》态跃迁到|2》态；
25.频谱曲线获取模块，用于获取所述待测量子比特的频谱曲线；
26.高能级频率获取模块，用于获取所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率。
27.本技术第三方面实施例提出了一种量子比特高能级跃迁频率的测量设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的量子比特高能级跃迁频率的测量方法。
28.本技术第四方面实施例提出了一种量子计算机，包括上述的量子比特高能级跃迁频率的测量设备。
29.本技术第五方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被一处理器执行时能实现上述任一项所述的量子比特跃迁频率的测量方法步骤。
30.基于上述任一方面，本技术通过对待测量子比特施加一个第一调控信号，将待测量子比特调控到|1》态，再在预设的频率扫描范围内扫描一个第二调控信号的频率，并对所
述待测量子比特施加具有确定频率的所述第二调控信号，以对所述待测量子比特进行进一步由|1》态激发跃迁到|2》态，然后读取测量所述待测量子比特的量子态并获取所述待测量子比特的频谱曲线；如果所述第二调控信号的频率能够与待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率发生共振，所述频谱曲线中会存在一个与所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态对应的谐振峰，即所述频谱曲线中的极值，最后识别出与所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率；所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率即为所述待测量子比特的高能级跃迁频率。由于本技术直接获取的是与待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率产生共振的所述第二调控信号的频率，因此有效提高了待测量子比特的高能级跃迁频率的测量准确度。
31.本技术的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为相关技术中实现量子比特的人造多能级结构体系的能级分布示意图；
34.图2为相关技术中量子比特的跃迁频率示意图；
35.图3为本技术量子比特高能级跃迁频率的测量方法的一实施例的流程图；
36.图4为采用超导约瑟夫森结体系的超导量子芯片的内部结构示意图；
37.图5为本技术量子比特高能级跃迁频率的测量方法的另一实施例的流程图；
38.图6为采用本技术实施例方法测量一量子比特的高能级跃迁频率的测控波形时序图；
39.图7为采用本技术实施例方法测量一量子比特的高能级跃迁频率的频谱曲线；
40.图8为本技术量子比特高能级跃迁频率的测量装置的一实施例的结构框图；
41.图9为本技术量子比特高能级跃迁频率的测量设备的一实施例的结构框图。
具体实施方式
42.量子比特是量子计算中的基本计算单元，其可以用任何满足量子动力学物理规律的二能级结构体系加以实现，常见的体系包括超导约瑟夫森结、半导体量子点、离子阱等。量子比特具有两个能量高低不同的状态(也称为量子态)：|0》态和|1》态，其中，|0》态是处于二能级体系中低能量级的基态，|1》态是处于二能级体系中高能量级的激发态。但是量子比特又与经典比特只能处于0态或1态不同，量子比特可以处于由|0》态和|1》态线性组合而成的叠加态，当对处于叠加态的量子比特进行读取测量时将有概率测得|0》态和|1》态其中的一种，并且由量子力学理论可知在读取测量后量子比特将会塌缩到所读取测量得到的状态。因此对量子比特量子态的高保真度读取测量是实现量子计算的前提条件。
43.由于自然界中存在的二能级系统是非常少的，因此相关技术中采用如图1所示的人造多能级系统来实现量子比特。在该多能级系统中，采用系统中的两个低能级来实现量
子比特，即将系统的最低能级和第二低能级分别作为量子比特的基态和第一激发态(即|0》态和|1》态)。由于该多能级系统中相邻两个能级之间的能级差不是相等的，因此量子比特的基态和第一激发态能够与其他高激发态孤立起来，形成了一个具有特定能级差的{|0》，|1》}子空间。但在实际比特操控中，如常见的cz双比特门操作，可能会将量子比特从第一激发态激发到更高的能级，例如第二激发态(|2》态)。这种高能级泄漏降低了量子逻辑门的操控精度，从而影响了量子计算的精度。
44.如图2所示，广义的量子比特的跃迁频率包括量子比特从基态跃迁到第一激发态的跃迁频率f
01
、从第一激发态跃迁到第二激发态的高能级跃迁频率f
12
以及更高能级的跃迁频率等。如果能够精准测量出高能级跃迁频率f
12
，可以便于实现量子比特的高能级操控，从而能够对量子比特的|2》态实现读取，研究泄漏误差并对其优化，以提高量子逻辑门的操控精度。
45.相关技术中对于量子比特的高能级跃迁频率的获取方式是基于测量量子比特的跃迁频率f
01
的比特能谱实验，具体是将进行比特能谱实验的信号驱动功率提高，以在量子比特的频谱曲线中获取双光子激发频率并根据量子比特的高能级跃迁频率f
12
与跃迁频率f
01
和双光子激发频率的关系式f
12
＝f
02-f
01
计算得出量子比特的高能级跃迁频率f
12
。由于通过比特能谱实验获取的跃迁频率f
01
和双光子激发频率的精度较低，往往需要根据能谱实验的结果反复多次调整各项参数才能获得相对精确的结果。
46.而本技术实施例提供的量子比特高能级跃迁频率的测量方法，其核心思想是通过对量子比特先施加第一调控信号，将量子比特调控到|1》态，再对量子比特施加第二调控信号，通过调整所述第二调控信号的频率，将量子比特从|1》态激发到|2》态，从而获取与量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率发生共振的所述第二调控信号的频率，实现了直接测量获取量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率，因此有效提高了待测量子比特的高能级跃迁频率的测量准确度，并且测量效率高。
47.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
48.请参考图3，在本技术实施例中，量子比特高能级跃迁频率的测量方法包括：
49.s101：对待测量子比特施加第一调控信号，将所述待测量子比特调控到|1》态。
50.由图1和图2可知，操控量子比特的量子态激发跃迁是需要逐能级进行的，量子比特先要被激发到|1》态后，才能继续被激发跃迁到|2》态。
51.超导量子计算具有运行速度快的优点，得到人们广泛应用。请参考图4，图4为采用超导约瑟夫森结体系的超导量子芯片的内部结构示意图。所述量子比特包括相互耦合的读取谐振腔和量子比特器件；所述读取谐振腔远离对应所述量子比特器件的一端均连接至集成设置在所述超导量子芯片上的读取总线，所述读取总线用于接收量子比特读取信号和发射量子比特读取反馈信号。所述超导量子芯片的每一个量子比特器件上连接有比特调控信号线(即xy控制线)和磁通调制信号线(即z控制线)，其中，所述比特调控信号线为所述量子
比特提供驱动调控信号，用于控制所述量子比特的量子态变化，所述磁通调制信号线为所述量子比特提供磁通调制信号，用于控制所述量子比特的工作频率变化。
52.在本步骤中，为了将待测量子比特调控到|1》态，需要通过xy控制线向待测量子比特施加一个调控信号。该调控信号为所述第一调控信号，其中，所述第一调控信号的频率与待测量子比特的工作点频率相同。
53.作为优选的，所述工作点频率可以为所述待测量子比特的ac调制谱曲线中工作频率最大点(即sweet point)，本领域技术人员可以理解的是，所述待测量子比特工作在该频率点处时，其对z控制线上的磁通调制信号的变化不敏感，有利于对所述待测量子比特量子态的精准操控。
54.另外，所述第一调控信号的驱动功率、幅值和宽度的具体取值需要根据不同量子芯片上的不同的待测量子比特进行确定，在此不做限定。
55.作为优选的，所述第一调控信号采用能够操控所述待测量子比特使其量子态在|0》态和|1》态之间翻转的π脉冲(π-pulse)。所述π脉冲即为泡利x门。此时，所述第一调控信号的幅值在0v-1v的范围内取值，宽度可以设定为10ns-200ns。
56.s102：在预设的频率扫描范围内调整第二调控信号的频率，对所述待测量子比特再施加调整后的所述第二调控信号，其中，所述第二调控信号能够将所述待测量子比特由|1》态跃迁到|2》态。
57.示例性的，可以在预设的频率扫描范围内扫描第二调控信号的频率，获取n(n为大于或等于2的正整数)个频率扫描点，对处于|1》态的所述待测量子比特再施加具有各个所述频率扫描点频率的所述第二调控信号。
58.需要说明的是，上述s101需要重复执行n次，其中，n为所述第二调控信号的频率扫描点的个数。这样可以保证在所述待测量子比特被具有各个所述频率扫描点频率的所述第二调控信号操控前，其量子态始终处于|1》态。
59.为了将所述待测量子比特由|1》态进一步激发跃迁到处于高能级的|2》态，需要对所述待测量子比特再次施加一个调控信号，并且，该调控信号的驱动功率、幅值、宽度以及频率的取值需要合适，才能使得所述待测量子比特的状态激发跃迁。相关技术中，仅限于在{|0》，|1》}子空间对量子比特进行操控，因此能够将量子比特调控到|2》态的调控参数基本未知。本领域技术人员可以理解的是，由于量子比特的|2》态的能级比|1》态的能级高，|2》态激发所需调控信号的幅值将比|1》态激发所需调控信号的幅值要大。
60.在本步骤中，对处于|1》态的所述待测量子比特继续施加所述第二调控信号，目的是能够将所述待测量子比特由|1》态激发跃迁到|2》态。在本技术实施例中，为了便于实施，将所述第二调控信号的驱动功率、幅值和宽度均依经验设定为一固定值。
61.作为优选的，将所述第二调控信号的幅值设置为量子控制系统输出调控信号的幅值最大值。示例性的，所述第二调控信号的幅值可以为1v。所述第二调控信号的宽度可以设置为所述第一调控信号宽度的倍数，例如1倍、1.5倍、2倍、2.5倍等等，在此不做限定。
62.而将所述第二调控信号的频率在预设的频率扫描范围内进行调整，以期能够寻找到将所述待测量子比特由|1》态激发跃迁到|2》态的高能级跃迁频率。
63.本领域技术人员可以理解的是，量子比特的非谐性α(α为一负值)是量子比特从|1》态激发跃迁到|2》态的高能级跃迁频率f
12
与从|0》态激发跃迁到|1》态的跃迁频率f
01
的差
值，即α＝f
12-f
01
。并且，量子芯片在制作完成后，量子芯片上的每个量子比特非谐性的理论设计值基本确定。因此，量子比特从|1》态激发跃迁到|2》态的高能级跃迁频率f
12
的理论值是确定的。但因受限于量子芯片的制造工艺，实际值与该理论值存在一定的误差，因此需要通过测量获取实际值。
64.另外，所述第二调控信号的频率只有与所述待测量子比特的高能级跃迁频率f
12
实际值发生共振，才能将所述待测量子比特从|1》态激发跃迁到|2》态。若所述频率扫描范围覆盖了所述待测量子比特的工作点频率，也即所述第二调控信号的频率可以选取所述待测量子比特的跃迁频率f
01
，此时，所述第二调控信号可能是将所述待测量子比特调控到了|1》态而并非|2》态，致使测量结果产生误判。为了避免产生这种误判结果，作为优选的，所述频率扫描范围不包含所述待测量子比特的工作点频率。示例性的，所述频率扫描范围可以在所述待测量子比特的高能级跃迁频率f
12
理论值附近取值，即所述频率扫描范围可以为其中，f
′
12
是为所述待测量子比特的高能级跃迁频率f
12
理论值。
65.此外，由于所述待测量子比特的高能级跃迁频率f
12
理论值f
′
12
与所述待测量子比特的跃迁频率f
01
具有关系f
′
12
＝f
01
+α。因此，所述第二调控信号的频率调节范围是可以基于所述待测量子比特的跃迁频率f
01
和非谐性进行设定的。在本技术实施例中，所述待测量子比特的所述工作点频率和其跃迁频率f
01
相同。因此，所述频率扫描范围是可以基于所述待测量子比特的工作点频率和非谐性进行设定。
66.进一步优选的，所述频率扫描范围可以设为
67.作为优选的，因所述第一调控信号和所述第二调控信号是对同一个所述待测量子比特进行操控的信号，因此，所述第二调控信号的驱动功率与所述第一调控信号的驱动功率可以相同。
68.进一步优选的，为了简化对量子芯片的量子比特进行调控的量子控制系统的硬件结构，所述第一调控信号和所述第二调控信号可以从量子控制系统的同一个信号通道输出。因此，从同一个信号通道输出的所述第一调控信号和所述第二调控信号的驱动功率必然相同。
69.需要说明的是，量子比特的调控信号的频率是在4-6ghz高频段，用于量子比特调控的所述量子控制系统包括了信号发生器、用于变频的混频器和微波本振源，其中，由所述信号发生器产生包含量子比特调控信息的基带波形并输入所述混频器中与所述微波本振源产生的微波本振信号进行上变频混频获得量子比特的调控信号。
70.设定所述基带波形的频率为量子比特调控信号的基带频率wg，所述微波本振信号的频率为本振频率lo，所述混频器的中频端口的信号频率为if，输出端口的信号频率为rf，则根据混频原理有lo＝rf-if。
71.可以确定的是，从同一个信号通道输出的调控信号的本振频率是一致的，因此，想要实现不同频率的调控信号拼接在一起并由同一个信号通道输出，需要通过调整所述基带波形的频率。
72.所述混频器最终输出信号的频率rf’是由lo和wg决定的，即rf’＝lo+wg。假设与施加到所述待测量子比特的所述第一调控信号的跃迁频率f
01
对应的基带频率wg等于if，那么可以得出lo＝f01-if。则有与施加到所述待测量子比特的所述第二调控信号的高能级跃迁
频率f
12
对应的基带频率wg’＝f
12-lo＝f
12-f
01
+if，再根据高能级跃迁频率f
12
的取值范围的取值范围可得，基带频率wg’的变化范围为其中，if也为与所述待测量子比特的工作点频率对应的基带频率。
73.因此，在具体实施时，可以在所述量子控制系统中产生频率为因此，在具体实施时，可以在所述量子控制系统中产生频率为的基带波形，从而能够输出频率为的所述第二调控信号，并对处于|1》态的所述待测量子比特再施加具有确定频率的所述第二调控信号。在当所述第二调控信号的频率能够与所述待测量子比特的高能级跃迁频率产生共振时，可将所述待测量子比特由|1》态激发跃迁到|2》态。
74.s103：获取所述待测量子比特的频谱曲线。
75.量子比特的能级跃迁频率的测量结果可以描述为量子比特的频谱曲线，其中，频谱曲线的纵坐标常表示为量子比特读取反馈信号的幅值或相位，横坐标常表示为量子比特的频率取值范围。
76.在本步骤中，在预设的所述频率扫描范围内调整所述第二调控信号的频率，即是在预设的所述频率扫描范围内获取若干个所述第二调控信号的频率扫描点。对于所述第二调控信号的频率扫描点的获取方式，理论上，所述第二调控信号的频率扫描点选取的越多越密集，所得频率扫描精度就越高，但因数据处理量大，会降低测试效率。因此，所述第二调控信号的频率扫描点的获取方式可以根据具体应用的综合需求进行设定，在此不做具体限定。
77.对经过具有确定频率扫描点的所述第二调控信号调控后的所述待测量子比特的量子态进行读取测量，获取与所述待测量子比特的量子比特读取反馈信号的幅值或相位数据。并利用所述第二调控信号的频率扫描点所在的所述频率扫描范围结合量子比特读取反馈信号的幅值或相位数据绘制出所述待测量子比特的频谱曲线。
78.s104：获取所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率。
79.在本步骤中，在所述待测量子比特的频谱曲线中能够体现出不同频率下的所述第二调控信号对与所述待测量子比特的量子比特读取反馈信号的幅值或相位的变化影响。并在当所述第二调控信号的频率与所述待测量子比特的高能级跃迁频率相同时，在所述待测量子比特的频谱曲线上会产生谐振峰。即当所述第二调控信号的频率与所述待测量子比特的高能级跃迁频率相同时，所述第二调控信号会激发所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态，此时读取谐振腔的频率受到|2》态的影响，不再和所述第一调控信号共振，此时读取谐振腔的状态会发生剧烈变化，测量量子比特读取反馈信号的幅值和相位会在所述待测量子比特的高能级跃迁频率附近出现峰值或谷值。该峰值或谷值即为所述频谱曲线的极值，所述极值具体是峰值还是谷值，取决于实际应用中量子线路的设计。
80.本技术实施例提供的量子比特高能级跃迁频率的测量方法，通过对待测量子比特施加一个第一调控信号，将待测量子比特调控到|1》态，再在预设的频率扫描范围内扫描一个第二调控信号的频率，并对所述待测量子比特施加具有确定频率的所述第二调控信号，以对所述待测量子比特进行进一步激发跃迁到|2》态，然后获取所述待测量子比特的频谱
曲线；如果所述第二调控信号的频率能够与待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率共振时，所述频谱曲线中会存在一个与所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态对应的谐振峰，最后识别出所述频谱曲线中的极值，并获取所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率；所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率即为所述待测量子比特的高能级跃迁频率。由于本技术中直接获取的是与待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率产生共振的所述第二调控信号的频率，因此有效提高了待测量子比特的高能级跃迁频率的测量准确度。
81.有关本技术所提供的一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法的具体内容将在下述实施例中做详细介绍。
82.请参考图5，在本技术实施例中，量子比特高能级跃迁频率的测量方法包括：
83.s201：对待测量子比特施加第一调控信号，将所述待测量子比特调控到|1》态。
84.s202：对处于|1》态的所述待测量子比特再施加具有特定所述频率扫描点频率的所述第二调控信号，其中，所述第二调控信号能够将所述待测量子比特由|1》态跃迁到|2》态。
85.s203：对所述待测量子比特再施加一个第三调控信号，其中，所述第三调控信号的参数与所述第一调控信号的参数相同。
86.在本步骤中，所述第三调控信号的功率、频率、幅值和宽度与所述第一调控信号的功率、频率、幅值和宽度相同。
87.作为优选的，所述第三调控信号为能够操控所述待测量子比特使其量子态在|0》态和|1》态之间翻转的π脉冲。
88.因此，将所述第三调控信号施加到所述待测量子比特上时，会产生两种结果：一是若所述第二调控信号没有将所述待测量子比特激发跃迁到|2》态，则所述第三调控信号会将所述待测量子比特由|1》态翻转到|0》态，那么对所述待测量子比特量子态的读取测量结果为|0》态；二是若所述第二调控信号已将所述待测量子比特激发跃迁到|2》态，则所述第三调控信号将对所述待测量子比特不产生调控作用，此时所述待测量子比特仍然处于|2》态，那么对所述待测量子比特量子态的读取测量结果为|2》态。
89.s204：判断所有的频率扫描点处的所述第二调控信号是否已全部施加到所述待测量子比特上；若是，则执行s205；若否，则返回执行s201-s203。
90.s205：获取所述待测量子比特的频谱曲线。
91.在本步骤中，获取的是经过所述第三调控信号操控后的所述待测量子比特的量子态，该步骤与上述本技术实施例中s103基本一致，详细内容请参考上述本技术实施例，在此不再进行赘述。
92.需要说明的是，通过本步骤获取的所述待测量子比特的频谱曲线与上述步骤s103获取的所述待测量子比特的频率曲线在纵坐标的量子比特读取反馈信号的幅值或相位的数值上不同。所述步骤s103获取的是所述待测量子比特处于|1》态或|2》态时的量子比特读取反馈信号的幅值或相位数值，而本步骤获取的是所述待测量子比特处于|0》态或|2》态时的量子比特读取反馈信号的幅值或相位数值。
93.s206：获取所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量
子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率。
94.本步骤与上述本技术实施例中s104基本一致，详细内容请参考上述本技术实施例，在此不再进行赘述。
95.需要说明的是，上述s205至s206可以与上述s201至s203并行执行，也可以在s203之后执行均可，在本技术实施例中不做具体限定。
96.本技术实施例所提供的一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法，通过对待测量子比特再施加一个所述第三调控信号，一方面因获取的频谱曲线的纵坐标是所述待测量子比特处于|0》态或|2》态时的量子比特读取反馈信号的幅值或相位数值，可以进一步提高所述频谱曲线的谐振峰极值的分辨度，从而有效降低对结果的误判率，提高了所述待测量子比特的高能级跃迁频率的测量精确度；另一方面可以对所述第二调控信号对所述待测量子比特的调控效果起到校验的作用，即在当所述第二调控信号将所述待测量子比特激发到|2》态时，所述第三调控信号对所述待测量子比特失去操控作用。而只有当所述待测量子比特没有被所述第二调控信号激发到|2》态时，所述第三调控信号才能将所述待测量子比特由|1》态翻转回|0》态。因此可以通过测量经过所述第三调控信号操控后的所述待测量子比特是否处于|0》态来校验所述第二调控信号对所述待测量子比特是否具有调控作用。
97.下面结合一个具体示例来说明本技术实施例，假设一量子芯片上的待测量子比特的工作点频率为4954mhz，非谐性为-250mhz，高能级跃迁频率的理论值为4704mhz。利用本技术实施例的方法，根据所述待测量子比特的工作点频率和非谐性或者高能级跃迁频率的理论值和非谐性设定所述第二调控信号的频率扫描范围为[4579mhz，4829mhz]。并在该频率扫描范围内选取25个频率扫描点。在每个所述第二调控信号的频率扫描点处对该待测量子比特施加如图6所示的测控波形时序。其中，在波形时序中，xy控制线上传输的调控波形时序的第一个和第三个波形为所述第一调控信号和所述第二调控信号，中间的波形为所述第二调控信号。因此，在设定的所述频率扫描范围[4579mhz，4829mhz]内对所述待测量子比特施加25次如图6所示的测控波形时序，获得所述待测量子比特的频谱曲线如图7所示。根据所述频谱曲线测量获取到该待测量子比特的高能级跃迁频率实际值为4697.093mhz。而在相同参数条件下，采用传统的间接测量方法获取的该待测量子比特的高能级跃迁频率实际值为4680mhz。由此可见，利用本技术实施例的方法测量获取的所述待测量子比特的高能级跃迁频率实际值与其理论值非常接近。
[0098]
下面对本技术实施例所提供的一种量子比特高能级跃迁频率的测量装置进行介绍，下文描述的测量装置与上文描述的测量方法可相互对应参照。
[0099]
请参照图8，图8为本技术实施例提供的一种量子比特高能级跃迁频率的测量装置的结构框图。量子比特高能级跃迁频率的测量装置可以包括：
[0100]
第一比特调控模块001，用于对待测量子比特施加第一调控信号，将所述待测量子比特调控到|1》态。
[0101]
第二比特调控模块002，用于在预设的频率扫描范围内调整第二调控信号的频率，对所述待测量子比特再施加调整后的所述第二调控信号，其中，所述第二调控信号能够将所述待测量子比特由|1》态跃迁到|2》态。
[0102]
需要说明的是，由于所述第一调控信号和所述第二调控信号可以由同一个信号通道输出，因此，所述第一比特调控模块001和所述第二比特调控模块002可以合并为同一个
比特调控模块，并由该比特调控模块的同一个信号通道先后输出所述第一调控信号和所述第二调控信号。
[0103]
频谱曲线获取模块003，用于获取所述待测量子比特的频谱曲线。
[0104]
高能级频率获取模块004，用于获取所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量子比特从|1》态跃迁到|2》态的高能级跃迁频率。
[0105]
本技术实施例的量子比特高能级跃迁频率的测量装置用于实现前述的量子比特高能级跃迁频率的测量方法，因此量子比特高能级跃迁频率的测量装置中的具体实施方式可见前文中量子比特高能级跃迁频率的测量方法的实施例部分，例如，第一比特调控模块001、第二比特调控模块002、频谱曲线获取模块003和高能级频率获取模块004分别用于实现上述量子比特高能级跃迁频率的测量方法中步骤s101、s102、s103和s104，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
[0106]
下面对本技术实施例提供的一种量子比特高能级跃迁频率的测量设备进行介绍，下文描述的量子比特高能级跃迁频率的测量设备与上文描述的量子比特高能级跃迁频率的测量方法以及量子比特高能级跃迁频率的测量装置可相互对应参照。
[0107]
请参考图9，图9为本技术实施例所提供的一种量子比特高能级跃迁频率的测量设备的结构框图。
[0108]
参照图9，该量子比特高能级跃迁频率的测量设备可以包括处理器11和存储器12。
[0109]
所述存储器12用于存储计算机程序；所述处理器11用于执行所述计算机程序时实现上述本技术实施例中所述的量子比特高能级跃迁频率的测量方法。
[0110]
本实施例的量子比特高能级跃迁频率的测量设备中处理器11用于安装上述本技术实施例中所述的量子比特高能级跃迁频率的测量装置，同时处理器11与存储器12相结合可以实现上述任一本技术实施例中所述的量子比特高能级跃迁频率的测量方法。因此量子比特高能级跃迁频率的测量设备中的具体实施方式可见前文中的量子比特高能级跃迁频率的测量方法的实施例部分，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不在进行赘述。
[0111]
本技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一本技术实施例中所介绍的一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法。其余内容可以参照现有技术，在此不再展开描述。
[0112]
本说明书中各实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分相互参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0113]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0114]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执
行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0115]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同素。
[0116]
以上对本技术所提供的一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法、一种量子比特高能级跃迁频率的测量装置、一种量子比特高能级跃迁频率的测量设备以及一种计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法，其特征在于，包括：对待测量子比特施加第一调控信号，将所述待测量子比特调控到|1>态；在预设的频率扫描范围内调整第二调控信号的频率，对所述待测量子比特再施加调整后的所述第二调控信号，其中，所述第二调控信号能够将所述待测量子比特由|1>态跃迁到|2>态；获取所述待测量子比特的频谱曲线；获取所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量子比特从|1>态跃迁到|2>态的高能级跃迁频率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率扫描范围不包含所述待测量子比特的工作点频率。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率扫描范围是基于所述待测量子比特的工作点频率和非谐性进行设定。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述频率扫描范围为其中，f
01
为所述待测量子比特的工作点频率，α为所述待测量子比特的非谐性。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二调控信号的幅值比所述第一调控信号的幅值大，所述第二调控信号的驱动功率与所述第一调控信号的驱动功率相同。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一调控信号和所述第二调控信号由同一个信号通道输出。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一调控信号的频率与所述待测量子比特的工作点频率相同。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，用于生成所述第二调控信号的基带波形的频率变化范围为其中，if为用于生成所述第一调控信号的基带波形的频率，所述基带波形是由信号发生器产生。9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，在对所述待测量子比特施加了一个所述第二调控信号之后，对所述待测量子比特再施加一个第三调控信号，其中，所述第三调控信号的参数与所述第一调控信号的参数相同。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一调控信号和所述第三调控信号均为能够操控所述待测量子比特使其量子态在|0>态和|1>态之间翻转的π脉冲。11.一种量子比特高能级跃迁频率的测量装置，其特征在于，包括：第一比特调控模块，用于对待测量子比特施加第一调控信号，将所述待测量子比特调控到|1>态；第二比特调控模块，用于在在预设的频率扫描范围内调整第二调控信号的频率，对所述待测量子比特再施加调整后的所述第二调控信号，其中，所述第二调控信号能够将所述待测量子比特由|1>态跃迁到|2>态；频谱曲线获取模块，用于获取所述待测量子比特的频谱曲线；高能级频率获取模块，用于获取所述频谱曲线的极值所对应的所述第二调控信号的频率为所述待测量子比特从|1>态跃迁到|2>态的高能级跃迁频率。
12.一种量子比特高能级跃迁频率的测量设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1-10任一项所述的量子比特高能级跃迁频率的测量方法。13.一种量子计算机，其特征在于，包括如权利要求12所述的量子比特高能级跃迁频率的测量设备。14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被一处理器执行时能实现如权利要求1-10任一项所述的量子比特高能级跃迁频率的测量方法步骤。

技术总结
本申请公开了一种量子比特高能级跃迁频率的测量方法、装置和量子计算机，所述方法是通过对待测量子比特先施加第一调控信号，将待测量子比特调控到|1>态，再对待测量子比特施加第二调控信号，通过在设定的频率扫描范围内扫描所述第二调控信号的频率，使得具有与待测量子比特从|1>态跃迁到|2>态相同频率的所述第二调控信号将待测量子比特从|1>态激发到|2>态，从而获取待测量子比特的高能级跃迁频率。本申请实现了直接测量获取量子比特从|1>态跃迁到|2>态的高能级跃迁频率，因此有效提高了待测量子比特的高能级跃迁频率的测量准确度。待测量子比特的高能级跃迁频率的测量准确度。待测量子比特的高能级跃迁频率的测量准确度。


技术研发人员：宋垚 方双胜 石汉卿 孔伟成
受保护的技术使用者：本源量子计算科技（合肥）股份有限公司
技术研发日：2022.01.28
技术公布日：2023/8/9