一种实现量子操作的装置及量子计算装置的制作方法

1.本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种实现量子操作的装置及量子计算装置。


背景技术：

2.在基于离子或原子的量子计算中，对量子比特的操作一般基于远失谐的拉曼跃迁；为了实现拉曼跃迁，需要操作量子比特的激光束含有至少两个频率成分，并且两个频率成分的差值在量子比特频率附近；实现这种激光束的常用方法是对激光做电光相位调制使其含有至少两个频率成分。但是由于拉曼跃迁需要幅度调制的激光束，因此还需要通过一定的方法使得相位调制转成幅度调制，相关技术中常见的相位调制转成幅度调制方法包括：1、用电光调制器（eom）结合标准具；2、用电光调制器结合马赫-曾德尔干涉仪；3、用电光调制器结合色散光学元件，例如啁啾布拉格光栅等。上述方法都需要电光调制器配合其他光学元件，系统结构复杂，且各自存在一定的问题；例如：方法1的调幅效率较低；方法2对光程差的稳定性要求极高；方法3需要昂贵的特种光学元件等。


技术实现要素：

3.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
4.本发明实施例提供一种实现量子操作的装置及量子计算装置，能够降低利用经过相位调制的激光实现拉曼跃迁的系统复杂度。
5.本发明实施例提供了一种实现量子操作的装置，包括：第一支路和第二支路；其中，第一支路包含第一声光调制器，设置为：将入射的第一激光进行第一处理，输出第三激光；第二支路包括第二电光调制器和第二声光调制器，设置为：将入射的第二激光进行第二处理，输出第四激光；其中，所述第二电光调制器的驱动频率，是量子比特频率，n是正整数，为预先设定的差值。
6.另一方面，本发明实施例还提供一种量子计算装置，包括上述权利要求所述的实现量子操作的装置。
7.本技术技术方案包括：第一支路包含第一声光调制器，设置为：将入射的第一激光进行第一处理，输出第三激光；第二支路包括第二电光调制器和第二声光调制器，设置为：将入射的第二激光进行第二处理，输出第四激光；其中，第二电光调制器的驱动频率，是量子比特频率，n是正整数，为预先设定的差值。本发明实施例
通过一个电光调制器做调制的激光结合一束不做相位调制的激光，实现了量子比特拉曼跃迁。
8.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
9.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
10.图1为本发明实施例实现量子操作的装置的结构框图；图2为本发明应用示例一实现量子操作的装置的示意图；图3为本发明应用示例另一实现量子操作的装置的示意图。
具体实施方式
11.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
12.在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
13.图1为本发明实施例实现量子操作的装置的结构框图，如图1所示，包括：第一支路和第二支路；其中，第一支路包含第一声光调制器，设置为：将入射的第一激光进行第一处理，输出第三激光；第二支路包括第二电光调制器和第二声光调制器，设置为：将入射的第二激光进行第二处理，输出第四激光；其中，第二电光调制器的驱动频率，是量子比特频率，n是正整数，为预先设定的差值。
14.本发明实施例通过第二电光调制器做调制的第四激光结合不做相位调制的第三激光，获得了量子比特拉曼跃迁激光，降低了利用经过相位调制的激光实现拉曼跃迁的系统复杂度。
15.在一种示例性实例中，本发明实施例n=1或2。
16.在一种示例性实例中，本发明实施例装置还包括操作单元，设置为：将第三激光和第四激光同时照射在量子比特上，以执行量子操作。
17.在一种示例性实例中，本发明实施例第一声光调制器的驱动频率个数及数值以及第二声光调制器的驱动频率个数及数值，可以由本领域技术人员根据具体的量子比特操作确定。在一种示例性实例中，本发明实施例量子操作为单比特逻辑门操作时：第一声光调制器的驱动频率和第二声光调制器的驱动频率满足关系
；或者，第一声光调制器上施加两个射频驱动场，驱动频率分别为和；第二声光调制器上施加一个射频驱动场，驱动频率为；其中，；或者，第一声光调制器施加一个射频驱动场，驱动频率为；第二声光调制器施加两个不同频率的射频驱动场，驱动频率分别为和；其中，。
18.本公开实施例，第三激光和第四激光合束处理可获得实现量子比特拉曼跃迁的激光；本公开实施例，第三激光和第四激光非同向传播，并且设置等于运动模式本征频率时，可以实现量子比特的边带跃迁。
19.在一种示例性实例中，本发明实施例量子操作是双比特逻辑门操作时，第一声光调制器上施加两个射频驱动场，驱动频率为和，第二声光调制器施加一个射频驱动场，驱动频率；其中，，与运动模式的本征频率相差预设数值。
20.需要说明的是，本发明实施例运动模式可以是一个，也可以是多个，可以是变化的参数。本发明实施例量子操作是双比特逻辑门操作时，可以取0，此时第一声光调制器上施加的两个射频驱动场自动退化为一个。
21.在一种示例性实例中，当电光调制器驱动频率中的n为偶数时，取0。相应地，本发明实施例第二声光调制器的频率与第一声光调制器的频率的差值等于0；即。
22.在一种示例性实例中，本发明实施例装置操作单元包括合束器和第一寻址系统；其中，合束器设置为：对第三激光与第四激光进行合束处理，获得第一合束激光；第一寻址系统设置为：将第一合束激光导向量子比特，以执行单量子比特门操作。
23.在一种示例性实例中，本发明实施例操作单元还包括光学开关（switch）和第二寻址系统；其中，光学开关设置于第一声光调制器和合束器之间，设置为：执行双量子比特门时，关闭传输第三激光到合束器的通路；第一寻址系统还设置为：执行双量子比特门时，将第四激光导向量子比特；第二寻址系统与第一声光调制器的输出端连接，设置为：执行双量子比特门时，将第三激光导向量子比特，使第三激光和经由第一寻址系统导向量子比特的第四激光共同作用于量子比特，以执行双量子比特门操作。
24.在一种示例性实例中，本发明实施例中的第三激光和第四激光为同向传播或非同向传播；在一种示例性实例中，本发明实施例中的第三激光和第四激光为非同向传播，在一种示例性实例中，本发明实施例中的第三激光和第四激光为对向传播。
25.在一种示例性实例中，本发明实施例光学开关的具体实现，可以基于但不限于声光调制器实现。
26.在一种示例性实例中，本发明实施例第一支路还包括与第一声光调制器输入端或输出端连接的第一电光调制器；在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一电光调制器和第二电光调制器的驱动频率相等。
27.在一种示例性实例中，本发明实施例中的第一电光调制器的调制深度与第二电光调制器的调制深度不相等。本发明实施例通过两路不同调制深度的电光调制器对两束光做相位调制，实现了激光的拉曼跃迁。
28.在一种示例性实例中，本发明实施例装置还包括第一分束器，设置为：对入射的激光进行分束处理，获得第一激光和第二激光。
29.在一种示例性实例中，本发明实施例也可以由激光器直接生成属性一致的第一激光和第二激光。
30.在一种示例性实例中，本发明实施例装置还包括第二分束器，设置于第一声光调制器的输出端和合束器的输入端之间，设置为：将第三激光拆分为输出至第二寻址系统和合束器的两束。
31.在一种示例性实例中，本发明实施例第二分束器和第二寻址系统之间包括一个以上第一反射镜，设置为：调整从第一声光调制器传输至第二寻址系统的第三激光的传播路径。
32.在一种示例性实例中，本发明实施例第一分束器和第一声光调制器之间还包括一个以上第二反射镜，设置为：调整入射至第一声光调制器的第一激光的入射角度。
33.本发明实施例还提供一种量子计算装置，包括上述的实现量子操作的装置。
34.以下通过应用示例，对本发明实施例进行简要说明，应用示例仅用于陈述本发明实施例，并不用于限定本发明的保护范围。
35.应用示例本发明应用示例可以通过激光器直接产生第一激光和第二激光，也可以通过第一分束器将入射激光分束获得第一激光和第二激光，以下以通过第一分束器获得第一激光和第二激光为例进行示例说明。
36.图2为本发明应用示例一实现量子操作的装置的结构示意图，如图2所示，在做单量子比特门时，将第一激光经过包含第一声光调制器的第一支路进行第一处理，获得第三激光；将第二激光经过包括第二声光调制器和第二声光调制器的第二支路进行第二处理，获得第四激光；本应用示例中第一声光调制器的驱动频率和第二声光调制器的驱动频率满足关系，第一声光调制器和第二声光调制器的频率分别设置为和，和的差值可以等于-nμ，即ω
1-ω2=-nμ；换句话说，预设差值μ可用第一声光调制器和第二声光调制器的频率进行弥补；第一支路输出的第三激光与第二支路
输出的第四激光，通过合束器进行合束处理后，通过第一寻址系统导向量子比特，执行单量子比特门操作。
37.在一种示例性实例中，本应用示例装置图2所示的装置做双量子比特门时，第三激光通过第二分束器拆分为两束；其中一束入射至第二寻址系统；第三激光经调制后从第二分束器依次导向第一反射镜和第三反射镜（第二个第一反射镜），并通过第二寻址系统导向量子比特，由此，通过第一寻址系统导向量子比特的第二激光和第二寻址系统导向量子比特的第四激光形成对向传播，共同作用于量子比特，从而实现双量子比特门；在一种示例性实例中，本应用示例做单量子比特门时，第二寻址系统处于关闭状态。
38.在一种示例性实例中，本应用示例做双量子比特门时，第一声光调制器上施加两个射频驱动场，驱动频率为和，第二声光调制器施加一个射频驱动场，驱动频率为；其中，，与运动模式的本征频率相差预设数值。
39.在一种示例性实例中，本应用示例装置还包括光学开关（switch），光学开关设置于第一声光调制器和合束器之间，设置为：执行单量子比特门时，打开传输第三激光到合束器的通路；执行双量子比特门时，关闭传输第三激光到合束器的通路。
40.图3为本发明应用示例另一实现量子操作的装置的示意图，如图3所示，第一支路包含第一电光调制器和第一声光调制器；第二支路包括第二电光调制器和第二声光调制器；将第一激光经过第一支路进行第一处理，获得第三激光；将第二激光经过第二支路进行第二处理，获得第四激光；第一电光调制器和第二电光调制器的驱动频率均为ωm，且满足ωm=ωq/n+μ，；第一电光调制器的调制深度与第二电光调制器的调制深度不相等。第一声光调制器和第二声光调制器的频率分别为ω1和ω2，ω1和ω2的差值可以等于-nμ，即ω
1-ω2=-μ；第一支路输出的第三激光与第二支路输出的第四激光，通过合束器进行合束处理后，通过第一寻址系统导向量子比特，执行单量子比特门操作；本应用示例图3所示的装置做双量子比特门时，第三激光通过第二分束器拆分为两束；其中一束第三激光入射至第二寻址系统；具体的，通过第二分束器拆分的第三激光经依次通过第一反射镜和第三反射镜（第二个第一反射镜）入射至第二寻址系统，从第二寻址系统导向量子比特，由此第三激光与第四激光形成对向传播，共同作用于量子比特并实施双量子比特门；在一种示例性实例中，本应用示例做单量子比特门时，第二寻址系统处于关闭状态。
41.在一种示例性实例中，本应用示例做双量子比特门时，第一声光调制器上施加两个射频驱动场，驱动频率为和，第二声光调制器施加一个射频驱动场，驱动频率为；其中，，与运动模式的本征频率相差预设数值。
42.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装
置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质（或非暂时性介质）和通信介质（或暂时性介质）。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于 ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘（dvd）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

技术特征：
1.一种实现量子操作的装置，包括：第一支路和第二支路；其中，第一支路包含第一声光调制器，设置为：将入射的第一激光进行第一处理，输出第三激光；第二支路包括第二电光调制器和第二声光调制器，设置为：将入射的第二激光进行第二处理，输出第四激光；其中，所述第二电光调制器的驱动频率，是量子比特频率，n是正整数，为预先设定的差值。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括操作单元，设置为：将所述第三激光和所述第四激光同时照射在量子比特上，以执行量子操作。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述量子操作为单比特逻辑门操作时：所述第一声光调制器的驱动频率和所述第二声光调制器的驱动频率满足关系；或者，所述第一声光调制器上施加两个射频驱动场，所述驱动频率分别为和；所述第二声光调制器上施加一个射频驱动场，驱动频率为；其中，；或者，所述第一声光调制器施加一个射频驱动场，驱动频率为；所述第二声光调制器施加两个不同频率的射频驱动场，驱动频率分别为和；其中，。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述量子操作是双比特逻辑门操作时：所述第一声光调制器上施加两个射频驱动场，驱动频率为和，所述第二声光调制器施加一个射频驱动场，驱动频率；其中，，与运动模式的本征频率相差预设数值。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述操作单元包括合束器和第一寻址系统；其中，所述合束器设置为：对所述第三激光与所述第四激光进行合束处理，获得第一合束激光；所述第一寻址系统设置为：将所述第一合束激光导向量子比特，以执行单量子比特门操作。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述操作单元还包括光学开关和第二寻址系统；其中，所述光学开关设置于第一声光调制器和合束器之间，设置为：执行双量子比特门时，关闭传输所述第三激光到所述合束器的通路；
所述第一寻址系统还设置为：执行双量子比特门时，将所述第四激光导向量子比特；所述第二寻址系统与所述第一声光调制器的输出端连接，设置为：执行双量子比特门时，将所述第三激光导向量子比特，使所述第三激光和经由第一寻址系统导向量子比特的所述第四激光共同作用于量子比特，以执行双量子比特门操作。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一支路还包括与第一声光调制器输入端或输出端连接的第一电光调制器。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一电光调制器和所述第二电光调制器的驱动频率相等。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一电光调制器的调制深度与所述第二电光调制器的调制深度不相等。10.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一分束器，设置为：对入射的激光进行分束处理，获得所述第一激光和所述第二激光。11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二分束器，设置于第一声光调制器的输出端和合束器的输入端之间，设置为：将所述第三激光拆分为输出至第二寻址系统和合束器的两束。12.一种量子计算装置，包括如权利要求1-11中任一项所述的实现量子操作的装置。

技术总结
本文公开一种实现量子操作的装置及量子计算装置，包括：第一支路包含第一声光调制器，设置为：将入射的第一激光进行第一处理，输出第三激光；第二支路包括第二电光调制器和第二声光调制器，设置为：将入射的第二激光进行第二处理，输出第四激光；其中，第二电光调制器的驱动频率，是量子比特频率，n是正整数，为预先设定的差值。本发明实施例通过第二电光调制器做调制的第四激光结合不做相位调制的第三激光，获得了量子比特拉曼跃迁激光。曼跃迁激光。曼跃迁激光。


技术研发人员：蔡明磊
受保护的技术使用者：华翊博奥（北京）量子科技有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/8/13