1.本发明涉及量子计算技术领域，具体提供一种超导量子芯片读取、控制方法及装置。
背景技术：2.超导量子计算是目前公认最有可能在短时间内实现计算商用化的技术方案之一。但是，超导量子计算技术还远未达到成熟，目前仍处于研究阶段，尤其是超导量子芯片的研发，不同的比特结构设计、加工工艺的差异等都会对超导量子芯片的性能产生较大的影响，并且常常存在随着使用时间增长会出现量子芯片操作保真度下降的问题，这会导致无法从量子比特的状态读取结果中提取有用的计算信息。
3.为了检查量子比特操作保真度，目前常用的方法为基于clifford群的随机标定(randomized benchmark，常简写为rbm)方案。然而，此方案存在一些不足，例如其假设连续门操作的误差是独立的，在某些非马尔科夫过程下与实际情况不符，一次rbm耗时常在几个小时左右等。
4.另外，由于超导量子芯片所使用的超导材料以及超导量子比特特征频率的限制，超导量子芯片需要工作在稀释制冷机所提供的超低温环境下。这就导致了每次更换量子芯片都需要对稀释制冷机进行升温、拆装以及再次降温，而仅仅是升温步骤就需要约一天时间，耗时耗力。
技术实现要素：5.本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种实用性强的超导量子芯片读取方法。
6.本发明进一步的技术任务是提供一种超导量子芯片控制方法。
7.本发明进一步的技术任务是提供一种设计合理，安全适用的超导量子芯片控制装置。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
9.一种超导量子芯片读取方法，具有如下步骤：
10.s1、设置量子比特操作保真度阈值a；
11.s2、对量子比特应用h门，并对应用h门后的末态做量子态层析以获取末态密度矩阵ρ；
12.s3、对比步骤s2中所获取到的末态密度矩阵ρ与| 》态密度矩阵ρ ，对比方法为计算tr(ρρ )；
13.s4、比较tr(ρρ )与a之间的大小关系，判断是否更换新的量子芯片；
14.s5、针对新的量子芯片，重复步骤s2到s4；
15.s6、寻找tr(ρρ )≥a所对应的量子芯片。
16.进一步的，步骤s3中，若ρ＝ρ ，此时tr(ρρ )＝1，保真度为100％，在存在误差情况
下密度矩阵的cptp条件限制0《tr(ρρ )《1，并且tr(ρρ )体现了实际操作末态与理论预期末态之间的差距，可以用来当作量子比特操作保真度的判定标准。
17.进一步的，在步骤s4中，如果tr(ρρ )≥a，那么保持当前量子芯片操作不变；如果tr(ρρ )《a，那么使用转换开关与新量子芯片的控制和读取线路相连。
18.进一步的，在步骤s5中，遍历所有新量子芯片后若无法找到tr(ρρ )≥a所对应的量子芯片，则将稀释制冷机升温后更换一批新的超导量子芯片。
19.一种超导量子芯片控制方法，在稀释制冷机的still盘上添加转换开关，在稀释制冷机mk温区安装若干超导量子芯片，并将所有量子芯片的读取与控制连线、连接到mxc冷盘对应的接头上。
20.进一步的，将mxc冷盘与still冷盘对应的接头直连，在still冷盘一端接头添加转换开关，所述转换开关与所述mxc冷盘直连，通过所述转换开关所连接子线路的开关切换，所述子线路的开关控制每个线路上的超导量子芯片。
21.一种超导量子芯片控制装置，在稀释制冷机中的still盘上添加转换开关，在稀释制冷机mk温区安装若干超导量子芯片，并将所有量子芯片的读取与控制连线、连接到mxc冷盘对应的接头上。
22.进一步的，所述mxc冷盘与still冷盘对应的接头直连，在still冷盘一端接头添加转换开关，所述转换开关与所述mxc冷盘直连，通过所述转换开关所连接子线路的开关切换，所述子线路的开关控制每个线路上的超导量子芯片。
23.本发明的一种超导量子芯片控制、读取方法及装置和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：
24.本发明为了替代已有的随机标定方案来检测比特门操作保真度，提出了直接利用hadamard门将比特状态由初始|0》态制备到| 》态，并对| 》应用量子态层析，通过量子态层析结果与理论预期结果的对比来判断单比特门操作保真度。并在稀释制冷机的still盘增加转换开关，当保真度低于阈值时，通过切换不同控制线路与芯片连线之间的开关来实现对不同超导量子芯片的控制与读取。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
26.附图1是一种超导量子芯片控制方法中带有转换开关的多个超导量子芯片连线示意图；
27.附图2是一种超导量子芯片控制方法中单个超导量子芯片连线示意图。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好的理解本发明的方案，下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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发明保护的范围。
29.下面给出一个最佳实施例：
30.对处于初始状态|0》的量子比特应用一个hadamard门(h门)，h门一般由连续的y/2门和x门组成，理论上完美的h门将会把|0》态制备到| 》态，但由于噪声存在，末态将不会处于| 》态，因此通过对比实际末态与| 》态的密度矩阵，即可判断h门操作的保真度。
31.又因h门由y/2门和x门组成，因此该保真度实际体现了绕bloch球y轴旋转和绕x轴旋转两种操作的误差，并且由于两个操作为顺序串联执行，因此该保真度同样包含了可能存在的非马尔科夫过程。另外，通常几分钟即可实现对单个量子比特应用h门以及态层析的操作，因此此发明可以弥补rbm的不足，应用于量子操作保真度的快速判断。
32.如图1-2所示，具体的实施步骤为：
33.s1、设置量子比特操作保真度阈值a。
34.s2、对量子比特应用h门，并对应用h门后的末态做量子态层析以获取末态密度矩阵ρ。
35.s3、对比步骤s2中所获取到的末态密度矩阵ρ与| 》态密度矩阵ρ ，对比方法为计算tr(ρρ ),在理想情况下ρ＝ρ ，此时tr(ρρ )＝1，也就是保真度为100％；在存在误差情况下由于密度矩阵的cptp条件限制0《tr(ρρ )《1，并且tr(ρρ )体现了实际操作末态与理论预期末态之间的差距，可以用来当作量子比特操作保真度的判定标准。
36.s4、比较tr(ρρ )与a之间的大小关系，判断是否更换新的量子芯片；
37.如果tr(ρρ )≥a，那么保持当前量子芯片操作不变；如果tr(ρρ )《a，那么利用转换开关将外部控制和读取线路更改为与新的量子芯片的控制和读取线路相连。
38.s5、针对新的量子芯片，重复步骤s2到s4。
39.s6、针对s5，如果遍历过所有新的量子芯片后仍然无法找到tr(ρρ )≥a所对应的量子芯片，那么将稀释制冷机升温后更换一批新的超导量子芯片。
40.稀释制冷机是一种有较大冷却能力的制冷设备，可以长时间地维持mk级别范围的温度，在超导量子计算中常用稀释制冷机提供必需的超导低温环境。稀释制冷机由数个冷盘组成，其中能够达到mk量级温度的mxc冷盘制冷功率仅有十余微瓦，因此，本发明提出在制冷功率更高(约为数百微瓦)的still盘上添加转换开关，在提供超导量子芯片控制切换功能的同时保证稀释制冷机的正常降温。相应的，本发明所提出的超导量子芯片控制切换方法描述如下。
41.当前单个超导量子芯片控制与读取的连线方式为直接将相应的控制或读取线连接到mxc冷盘对应的接头上，随后mxc冷盘再与still冷盘对应的接头直接相连，并采用这种直连的方式将外部控制信号直接引入或将读取信号直接引出，各级冷盘上所添加的衰减器、滤波器等微波器件并不影响这种直连方式。
42.本发明提出一种超导量子芯片控制方法，在稀释制冷机的still盘上添加转换开关，在稀释制冷机mk温区安装若干超导量子芯片，并将所有量子芯片的读取与控制连线、连接到mxc冷盘对应的接头上。
43.将mxc冷盘与still冷盘对应的接头直连，在still冷盘一端接头添加转换开关，所述转换开关与所述mxc冷盘直连，通过所述转换开关所连接子线路的开关切换，所述子线路的开关控制每个线路上的超导量子芯片。
44.基于上述方法，一种超导量子芯片控制装置，在稀释制冷机中的still盘上添加转换开关，在稀释制冷机mk温区安装若干超导量子芯片，并将所有量子芯片的读取与控制连线、连接到mxc冷盘对应的接头上。
45.mxc冷盘与still冷盘对应的接头直连，在still冷盘一端接头添加转换开关，所述转换开关与所述mxc冷盘直连，通过转换开关所连接子线路的开关切换，子线路的开关控制每个线路上的超导量子芯片。
46.上述具体的实施方式仅是本发明具体的个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体的实施方式，任何符合本发明的一种超导量子芯片读取、控制方法及装置权利要求书的且任何所述技术领域普通技术人员对其做出的适当变化或者替换，皆应落入本发明的专利保护范围。
47.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.一种超导量子芯片读取方法，其特征在于，具有如下步骤：s1、设置量子比特操作保真度阈值a；s2、对量子比特应用h门，并对应用h门后的末态做量子态层析以获取末态密度矩阵ρ；s3、对比步骤s2中所获取到的末态密度矩阵ρ与| >态密度矩阵ρ ，对比方法为计算tr(ρρ )；s4、比较tr(ρρ )与a之间的大小关系，判断是否更换新的量子芯片；s5、针对新的量子芯片，重复步骤s2到s4；s6、寻找tr(ρρ )≥a所对应的量子芯片。2.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片读取方法，其特征在于，步骤s3中，若ρ＝ρ ，此时tr(ρρ )＝1，保真度为100％，在存在误差情况下密度矩阵的cptp条件限制0<tr(ρρ )<1，并且tr(ρρ )体现了实际操作末态与理论预期末态之间的差距，可以用来当作量子比特操作保真度的判定标准。3.根据权利要求2所述的一种超导量子芯片读取方法，其特征在于，在步骤s4中，如果tr(ρρ )≥a，那么保持当前量子芯片操作不变；如果tr(ρρ )<a，那么使用转换开关与新量子芯片的控制和读取线路相连。4.根据权利要求3所述的一种超导量子芯片读取方法，其特征在于，在步骤s5中，遍历所有新量子芯片后若无法找到tr(ρρ )≥a所对应的量子芯片，则将稀释制冷机升温后更换一批新的超导量子芯片。5.一种超导量子芯片控制方法，其特征在于，在稀释制冷机的still盘上添加转换开关，在稀释制冷机mk温区安装若干超导量子芯片，并将所有量子芯片的读取与控制连线、连接到mxc冷盘对应的接头上。6.根据权利要求5所述的一种超导量子芯片控制方法，其特征在于，将mxc冷盘与still冷盘对应的接头直连，在still冷盘一端接头添加转换开关，所述转换开关与所述mxc冷盘直连，通过所述转换开关所连接子线路的开关切换，所述子线路的开关控制每个线路上的超导量子芯片。7.一种超导量子芯片控制装置，其特征在于，在稀释制冷机中的still盘上添加转换开关，在稀释制冷机mk温区安装若干超导量子芯片，并将所有量子芯片的读取与控制连线、连接到mxc冷盘对应的接头上。8.根据权利要求7所述的一种超导量子芯片控制装置，其特征在于，所述mxc冷盘与still冷盘对应的接头直连，在still冷盘一端接头添加转换开关，所述转换开关与所述mxc冷盘直连，通过所述转换开关所连接子线路的开关切换，所述子线路的开关控制每个线路上的超导量子芯片。
技术总结本发明涉及量子计算技术领域，具体提供了一种超导量子芯片读取方法，具有如下步骤：S1、设置量子比特操作保真度阈值a；S2、对量子比特应用H门，并对应用H门后的末态做量子态层析以获取末态密度矩阵ρ；S3、对比步骤S2中所获取到的末态密度矩阵ρ与| >态密度矩阵ρ ，对比方法为计算Tr(ρρ )；S4、比较Tr(ρρ )与a之间的大小关系，判断是否更换新的量子芯片；S5、针对新的量子芯片，重复步骤S2到S4；S6、寻找Tr(ρρ )≥a所对应的量子芯片。与现有技术相比，本发明通过切换不同控制线路与芯片连线之间的开关来实现对不同超导量子芯片的控制与读取。读取。读取。
技术研发人员：刘幼航 齐在栋 薛长青 于洪真
受保护的技术使用者：山东浪潮科学研究院有限公司
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/5/25
