技术领域
[0001] 本
发明属于量子测控技术领域，特别是一种量子比特量子态确定方法和量子比特读取信号解析方法。
背景技术
[0002] 量子比特信息是指量子比特所述的量子态，基本的量子态是|0>态和|1> 态，量子比特被操作之后，量子比特的量子态发生改变，在量子芯片上，则体现为量子芯片被执行后，量子比特所述的量子态即量子芯片的执行结果，该执行结果由量子比特读取信号携带并传出的。
[0003] 通过量子比特读取信号快速解析量子比特量子态的解析是了解量子芯片执行性能的关键工作，至目前，并没有合适的通过量子比特读取信号快速解析量子比特量子态的相关技术。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种量子比特读取信号解析方法、量子比特量子态确定方法，以解决
现有技术中的不足，它能够实现通过量子比特读取信号解析量子比特量子态。
[0005] 本发明采用的技术方案如下：
[0006] 本发明的一个方面提供一种量子比特量子态确定方法，其中，该方法包括：
[0007] 获取量子比特处于两个不同的已知量子比特量子态时对应的量子比特读取信号在
正交平面
坐标系的分布图形；其中：两量子比特量子态对应的分布图形部分重叠；
[0008] 获取两个分布图形在正交平面坐标系的中心
位置，并确定两中心位置的连线的中垂线为
阈值分割线；
[0009] 获得量子比特处于未知量子态时的量子比特读取信号，并将未知量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点，且记为待分析坐标点；
[0010] 根据所述待分析坐标点与所述阈值分割线的位置关系判断量子比特的未知量子态与两个已知量子态的关系。
[0011] 如上所述量子比特量子态确定方法，其中，优选的是，所述获取两个不同的已知量子比特量子态对应的量子比特读取信号在正交平面坐标系的分布图形，具体包括：
[0012] 设置量子比特分别位于两个不同的已知量子比特量子态；
[0013] 分别多次获得量子比特处于每个已知量子比特量子态的量子比特读取信号；
[0014] 将各已知量子比特量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点；
[0015] 对应每个已知量子比特量子态的各所述坐标点在正交平面坐标系均分布成一定图形，其中：两量子态对应的分布图形部分重叠。
[0016] 如上所述量子比特量子态确定方法，其中，优选的是，所述将各已知量子比特量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点，具体包括：
[0017] 分别生成用于已知量子比特量子态的量子比特读取信号正交分解的正弦信号和余弦信号；其中：所述正弦信号的
频率和所述余弦信号的频率均等于所述量子比特读取信号的频率；
[0018] 基于所述正弦信号对各所述已知量子比特量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换得到对应的第一信号；基于所述余弦信号对各所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到对应的第二信号；
[0019] 对各所述第一信号进行均值去噪得到第一值，对各所述第二信号进行均值去噪得到第二值；
[0020] 将各所述量子比特读取信号对应的所述第一值和所述第二值标记为正交平面坐标系中的一坐标点。
[0021] 如上所述量子比特量子态确定方法，其中，优选的是，所述将未知量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点，具体包括：
[0022] 分别生成用于未知量子态的量子比特读取信号正交分解的正弦信号和余弦信号；其中：所述正弦信号的频率和所述余弦信号的频率均等于所述量子比特读取信号的频率；
[0023] 基于所述正弦信号对所述未知量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换得到第一信号，并基于所述余弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第二信号；
[0024] 对所述第一信号进行均值去噪得到第一值，对所述第二信号进行均值去噪得到第二值；
[0025] 将所述第一值和所述第二值标记为正交平面坐标系中的一坐标点。
[0026] 本发明的另一个方面提供一种量子比特读取信号解析方法，其中，包括：
[0027] 获取量子比特读取信号；
[0028] 对所述量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点。
[0029] 如上所述的量子比特读取信号解析方法，其中，优选的，所述对所述量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点，具体包括：
[0030] 分别获取用于量子比特读取信号正交分解的正弦信号和余弦信号；其中：所述正弦信号的频率和所述余弦信号的频率均等于所述量子比特读取信号的频率；
[0031] 基于所述正弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第一信号，并基于所述余弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第二信号；
[0032] 对所述第一信号进行均值去噪得到第一值，对所述第二信号进行均值去噪得到第二值；
[0033] 将所述第一值和所述第二值标记为正交平面坐标系中的一坐标点。
[0034] 如上所述的量子比特读取信号解析方法，其中，优选的，所述对所述第一信号进行均值去噪得到第一值，对所述第二信号进行均值去噪得到第二值之前，还包括：
[0035] 对所述第一信号和所述第二信号均进行数字低通滤波处理。
[0036] 本发明的再一个方面提供了一种量子比特读取信号解析装置，其中，包括：
[0037] 第一获取模
块，用于获取量子比特读取信号；
[0038] 第一处理模块，连接所述第一获取模块，用于对所述量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点。
[0039] 如上所述量子比特读取信号解析装置，其中，优选的，所述第一处理模块包括：
[0040] 第一信号发生器，用于生成用于量子比特读取信号正交分解的正弦信号；其中：所述正弦信号的频率等于所述量子比特读取信号的频率；
[0041] 第二信号发生器，用于生成用于量子比特读取信号正交分解的余弦信号；其中：所述余弦信号的频率等于所述量子比特读取信号的频率；
[0042] 第一子处理模块，连接所述第一获取模块、所述第一信号发生器和所述第二信号发生器三者的输出端，用于基于所述正弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第一信号，并基于所述余弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第二信号；
[0043] 第二子处理模块，连接所述第一子处理模块的输出端，用于对所述第一信号进行均值去噪得到第一值，并对所述第二信号进行均值去噪得到第二值；
[0044] 第三子处理模块，连接所述第二子处理模块的输出端，用于将所述第一值和所述第二值标记为正交平面坐标系中的一坐标点。
[0045] 如上所述量子比特读取信号解析装置，其中，优选的，所述解析装置还包括数字低通滤波处理模块，所述数字低通滤波处理模块连接在所述第一子处理模块和所述第二子处理模块之间，用于对所述第一信号和所述第二信号均进行数字低通滤波处理。
[0046] 与现有技术相比，本发明通过利用两个不同的已知量子比特量子态对应的量子比特读取信号在正交平面坐标系的分布图形，确定两个不同的已知量子比特量子态的量子比特读取信号在正交平面坐标系表示时对应的阈值分割线，然后获知对未知量子比特量子态的量子比特读取信号对应的正交平面坐标系坐标点，并将该坐标点记为待分析坐标点，通过比较该待分析坐标点与所述阈值分割线的位置关系即可快速准确的判断量子比特的未知量子态属于两个已知量子态中的哪 一个，同时，也确定了量子比特量子态读取的保真度，处于阈值分割线附近的坐标点属于两个分布图形交叉重叠区域，在量子比特读取信号对应的坐标点越靠近阈值分割线表示量子比特量子态读取的保真度越低。
附图说明
[0047] 图1是本发明
实施例提供的一种量子比特量子态确定方法的
流程图；
[0048] 图2是本发明实施例提供的一种量子比特量子态确定方法的可选步骤的流程图；
[0049] 图3是量子态|0>和量子态|1>时量子比特读取信号的统计分布图；
[0050] 图4是本发明实施例提供的一种量子比特量子态确定方法的可选步骤的流程图；
[0051] 图5是本发明另实施例提供的一种量子比特读取信号解析方法的流程图；
[0052] 图6是本发明实施例提供的一种量子比特读取信号解析方法的可选步骤的流程图；
[0053] 图7是本发明又一实施例提供的量子比特读取信号解析装置的结构图。
具体实施方式
[0054] 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0055] 量子芯片的运行结果，也就是量子信息处理过程的计算结果，是包含在量子比特信息中的，量子比特信息是由量子比特读取信号携带并传出的。量子比特读取信号通过构建合适的接
收线路进入合适的接收机，通常，量子比特读取信号是具有特定载频的短脉冲，脉冲长度100ns-2us。量子比特信息包含在量子比特读取信号的幅度和
相位中。通过接收线路(通常是指ADC)对量子比特读取信号的优化，进入接收机的量子比特读取信号转化为一段
指定长度的窄带中频脉冲
模拟信号，而体现量子比特信息的有效信息为该中频模拟信号特定频率分量的幅度和相位。通过对该中频模拟信号的处理快速获知量子比特信息具有重要的意义。
[0056] 本
申请的
发明人尝试性的基于数字正交变换技术，将每一次量子比特读取信号转换为正交平面坐标系(即I-Q平面坐标系)的一个坐标点，考虑到量子比特量子态信息体现在量子比特读取信号(幅度，相位)的差别，所以每一次量子比特读取信号对应正交平面坐标系(即I-Q平面坐标系)的坐标点是唯一的。
[0057] 但是，但实际情况下，由于量子比特读取信号所携带的原始噪声、接收线路的附加噪声、
放大器的附加噪声、接收机内外不理想的模拟/数字滤波、
数字信号处理的有效
精度等原因，最终的量子比特读取信号的(幅度，相位)都不是确定的数值，所以针对确定的一个量子比特量子态，多次获得的量子比特读取信号对应的坐标点在正交平面坐标系(I-Q平面坐标系)内是以某个坐标点为中心，服从双高斯统计分布。即针对确定的一个量子比特量子态，多次获得的量子比特读取信号对应的坐标点在正交平面坐标系(I-Q平面坐标系)内是以某个坐标点为中心的近似圆形分布。
[0058] 但是，如果探测脉冲不理想，可能会导致更复杂的相干效应，相干效应的结果一方面使得量子比特读取信号的解调结果具有更复杂的分布，影响对量子比特真实状态的分析，另一方面使得量子比特的相干时间大幅降低，严重降低量子芯片的性能。
[0059] 实施例1：
[0060] 本发明的实施例提供了一种量子比特量子态确定方法，如图1所示，所述量子比特量子态确定方法包括步骤S12至步骤S14：
[0061] 步骤S12：获取两个不同的已知量子比特量子态对应的量子比特读取信号在正交平面坐标系的分布图形；其中：两量子比特量子态对应的分布图形部分重叠；
[0062] 步骤S14：获取两个分布图形在正交平面坐标系的中心位置，并确定两中心位置的连线的中垂线为阈值分割线；
[0063] 步骤S16：获得量子比特处于未知量子态的量子比特读取信号，并将未知量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点，且记为待分析坐标点；
[0064] 步骤S18：根据所述待分析坐标点与所述阈值分割线的位置关系判断量子比特的未知量子态与两个已知量子态的关系。
[0065] 通过步骤S12至步骤S14，通过利用两个不同的已知量子比特量子态对应的量子比特读取信号在正交平面坐标系的分布图形，确定两个不同的已知量子比特量子态的量子比特读取信号在正交平面坐标系表示时对应的阈值分割线，然后获知对未知量子比特量子态的量子比特读取信号对应的正交平面坐标系坐标点，并将该坐标点记为待分析坐标点，通过比较该分析坐标点与所述阈值分割线的位置关系即可快速准确的判断量子比特的未知量子态属于两个已知量子态中的哪 一个，同时，也确定了量子比特量子态读取的保证度，处于阈值分割线附近 的坐标点属于两个分布图形交叉重叠区域，在量子比特读取信号对应的坐标点越靠近阈值分割线表示量子比特量子态读取的保真度越低。
[0066] 在具体实施时，步骤S12中所述的获取两个不同的已知量子比特量子态对应的量子比特读取信号在正交平面坐标系的分布图形，请参考图2所示，具体包括步骤：
[0067] 步骤S121：设置量子比特分别位于两个不同的已知量子比特量子态；示例性的，两个不同的已知量子比特量子态为|0>态和|1>态。
[0068] 步骤S123：分别多次获得量子比特处于每个已知量子比特量子态的量子比特读取信号；
[0069] 步骤S125：将各已知量子比特量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点；
[0070] 步骤S127：对应每个已知量子比特量子态的各所述坐标点在正交平面坐标系均分布成一定图形，使用双高斯分布能够建立对绝大部分量子比特读取状态解调结果的有效模型，此时分布图形为近似圆形，其中：两量子态对应的分布图形部分重叠。
[0071] 步骤S121至步骤S127的过程中，分别制备量子比特处于两个已知量子态 |0>态和|1>态，然后分别多次获得每个量子态下每个量子比特读取信号，并对量子比特读取信号进行分析统计，获得这些读取信号对应的正交平面坐标系的坐标点在正交平面坐标系的分布图形，由于多次量子比特读取信号的分布服从双高斯分布，所以分布图形近似为圆形，具体请参阅图3所示，在正交平面坐标系中，位于下方的近似圆形的分布图形为对应|0>态的多次量子比特读取信号在正交平面坐标系的分布，位于上方的近似圆形的分布图形为对应|1>态的多次量子比特读取信号在正交平面坐标系的分布，该结果为量子比特量子态的确定提供
基础，也为每次得到的量子比特读取信号的保真度分析提供了参考。
[0072] 作为本实施例的优选技术方案，以上步骤S125中所述的将各已知量子比特量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点，如图4所示，具体包括步骤S1251和步骤S1257：
[0073] 步骤S1251：分别生成用于已知量子比特量子态的量子比特读取信号正交分解的正弦信号和余弦信号；其中：所述正弦信号的频率和所述余弦信号的频率均等于所述量子比特读取信号的频率。
[0074] 具体的，生成的正弦信号和余弦信号是基于量子比特读取信号，即所述正弦信号的频率和所述余弦信号的频率均等于所述量子比特读取信号的频率，在操作的时候，所以，要先通过ADC
采样机获得频率为IF的中频窄带宽信号s，然后采用std_sin＝sin(2*pi*IF*t+std_phi)和std_cos＝ cos(2*pi*IF*t+std_phi)生成用于数字正交分解的标准信号，其中：IF为量子比特读取信号的频率，std_phi为可调整的参考相位，其中t为采样间隔， t＝n/fs，n为ADC采集量子比特读取信号的次数，fs为ADC采集量子比特读取信号的采样率。
[0075] 步骤S1253：基于所述正弦信号对各所述已知量子比特量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换得到对应的第一信号；基于所述余弦信号对各所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到对应的第二信号。
[0076] 具体的，采用s_sin＝s.*std_sin和s_cos＝s.*std_cos进行数字正交变换，变换后的量子比特量子态信息将被变换到零频中心的窄带宽内。
[0077] 步骤S1255：对各所述第一信号进行均值去噪得到第一值，对各所述第二信号进行均值去噪得到第二值。
[0078] 具体的，采用I＝mean(s.*std_sin)和Q＝mean(s.*std_cos)对经数字正交分解的采样数据进行平均以消除无用的二倍频分量，同时，平均能够有效地消除高频噪声成分，进而实现平均去噪。
[0079] 步骤S1257：将各所述量子比特读取信号对应的所述第一值和所述第二值标记为正交平面坐标系中的一坐标点。
[0080] 具体的，将第一值根据正交平面坐标系的一个坐标轴进行标记，以将第一值根据正交平面坐标系的另一个坐标轴进行标记，两者正好组成正交平面坐标系的一个坐标点。
[0081] 作为本实施例的优选技术方案，其中步骤中S16所述将未知量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点，其实施过程，同步骤S125中所述的将各已知量子比特量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点的具体实施过程步骤S1251和步骤S1257，在此简单通过步骤S161至S164描述如下：
[0082] 步骤S161：分别生成用于未知量子态的量子比特读取信号正交分解的正弦信号和余弦信号；其中：所述正弦信号的频率和所述余弦信号的频率均等于所述量子比特读取信号的频率；
[0083] 步骤S162：基于所述正弦信号对所述未知量子态的量子比特读取信号进行数字正交变换得到第一信号，并基于所述余弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第二信号；
[0084] 步骤S163：对所述第一信号进行均值去噪得到第一值，对所述第二信号进行均值去噪得到第二值；
[0085] 步骤S164：将所述第一值和所述第二值标记为正交平面坐标系中的一坐标点。
[0086] 通过以上实施例的介绍，本实施例可以通过量子比特读取信号的解析获知量子比特量子态，并分析量子比特读取信号的保证度，对量子比特读取信号的分析具有重要得意意义。
[0087] 实施例2：
[0088] 本实施例提供一种量子比特读取信号解析方法，该量子比特读取信号解析方法如图5所示，包括步骤S21至步骤S22；
[0089] 步骤S21：获取量子比特读取信号；
[0090] 具体的，这里的获取量子比特读取信号，包括建立量子线路，读取量子比特信号，获得量子比特读取信号，将量子比特信号采用接收机(即ADC采样机) 接收，然后处理器获取ADC采样机采集到的信号，并进行处理。
[0091] 量子比特读取信号经量子线路的读取，为一段指定长度的窄带中频模拟信号。
[0092] 步骤S22：对所述量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点。
[0093] 以上过程，实现了量子比特读取信号这一脉冲信号到
可视化的数字正交变换使之转换为正交平面坐标系的坐标点的转化，为通过量子比特读取信号的解析量子比特状态提供了一种新的处理思路。
[0094] 在具体实施时，请参阅图6所示，步骤S22所述对所述量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点是通过步骤 S221至S227实现的：
[0095] 步骤S221：分别获取用于量子比特读取信号正交分解的正弦信号和余弦信号；其中：所述正弦信号的频率和所述余弦信号的频率均等于所述量子比特读取信号的频率。
[0096] 具体的，生成的正弦信号和余弦信号是基于量子比特读取信号，即所述正弦信号的频率和所述余弦信号的频率均等于所述量子比特读取信号的频率，在操作的时候，所以，要先通过ADC采样机获得频率为IF的中频窄带宽信号s，然后采用std_sin＝sin(2*pi*IF*t+std_phi)和std_cos＝ cos(2*pi*IF*t+std_phi)生成用于数字正交分解的标准信号，其中：IF为量子比特读取信号的频率，std_phi为可调整的参考相位，其中t为采样间隔， t＝n/fs，n为ADC采集量子比特读取信号的次数，fs ADC采集量子比特读取信号的采样率。
[0097] 步骤S223：基于所述正弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第一信号，并基于所述余弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第二信号。
[0098] 具体的，采用s_sin＝s.*std_sin和s_cos＝s.*std_cos进行数字正交变换，变换后的量子比特量子态信息将被变换到零频中心的窄带宽内。
[0099] 步骤S225：对所述第一信号进行均值去噪得到第一值，对所述第二信号进行均值去噪得到第二值。
[0100] 具体的，采用I＝mean(s.*std_sin)和Q＝mean(s.*std_cos)对经数字正交分解的采样数据进行平均以消除无用的二倍频分量，同时，平均能够有效地消除高频噪声成分，进而实现平均去噪。
[0101] 步骤S227：将所述第一值和所述第二值标记为正交平面坐标系中的一坐标点。
[0102] 作为本实施例的优选技术方案，请继续参阅图6所示，步骤S225所述对所述第一信号进行均值去噪得到第一值，对所述第二信号进行均值去噪得到第二值之前，还包括步骤S224：对所述第一信号和所述第二信号均进行数字低通滤波处理。通过数字低通滤波处理可以实现对第一信号和第二信号中携带的白噪声的处理，提高了最终转化为正交平面坐标系的坐标点的准确度。
[0103] 实施例3：
[0104] 本实施例提供一种量子比特读取信号解析装置，请参阅图7所示，该量子比特读取信号解析装置包括：
[0105] 第一获取模块51，用于获取量子比特读取信号；
[0106] 第一处理模块52，连接所述第一获取模块51，用于对所述量子比特读取信号进行数字正交变换使之转换为正交平面坐标系中的一个坐标点。
[0107] 作为本实施例的优选方案，请继续参阅图5所示，所述第一处理模块52 包括：
[0108] 第一信号发生器521，用于生成用于量子比特读取信号正交分解的正弦信号；其中：所述正弦信号的频率等于所述量子比特读取信号的频率；
[0109] 第二信号发生器522，用于生成用于量子比特读取信号正交分解的余弦信号；其中：所述余弦信号的频率等于所述量子比特读取信号的频率；
[0110] 第一子处理模块523，连接所述第一获取模块51、所述第一信号发生器 521和所述第二信号发生器522三者的输出端，用于基于所述正弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第一信号，并基于所述余弦信号对所述量子比特读取信号进行数字正交变换得到第二信号；
[0111] 第二子处理模块524，连接所述第一子处理模块523的输出端，用于对所述第一信号进行均值去噪得到第一值，并对所述第二信号进行均值去噪得到第二值；
[0112] 第三子处理模块525，连接所述第二子处理模块524的输出端，用于将所述第一值和所述第二值标记为正交平面坐标系中的一坐标点。
[0113] 作为本实施例的优选方案，请继续参阅图5所示，所述解析装置还包括数字低通滤波处理模块526，所述数字低通滤波处理模块526连接在所述第一子处理模块523和所述第二子处理模块524之间，用于对所述第一信号和所述第二信号均进行数字低通滤波处理。
[0114] 以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或
修改为等同变化的等效实施例，仍未超出
说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
