本發(fā)明涉及量子信息，特別涉及一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置。

背景技術(shù)：

1、在量子容錯計算中，awg產(chǎn)生控制波形信號，用來操控量子比特的狀態(tài)。由于量子系統(tǒng)對外部干擾非常敏感，因此需要awg能夠產(chǎn)生高度準(zhǔn)確和可重復(fù)的波形。

2、為了適應(yīng)不同的計算任務(wù)和量子算法，awg要能夠靈活配置，以生成不同形狀、頻率和相位的電信號。量子系統(tǒng)常常需要實時反饋信號來校正誤差使awg能夠在極短的時間內(nèi)（如數(shù)納秒內(nèi)）接收到反饋信息，并根據(jù)這些信息選擇下一段要播放的波形。控制波形的選擇和調(diào)整需要在幾納秒至幾十納秒內(nèi)完成，以確保量子計算的準(zhǔn)確性和效率?，F(xiàn)有的裝置無法滿足針對比特狀態(tài)的快速判斷和反饋操作。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明支持信號的多窗口分析處理，提高判斷和反饋的速度。

2、本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，包括處理器模塊、存儲模塊和adc模塊，所述adc模塊用于采集和輸出波形信號，所述處理器模塊包括信號處理單元psu和邏輯處理單元plu，所述adc模塊包括采集單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；所述處理器模塊使用多窗口模式快速分析adc模塊輸出的波形信號并生成反饋信息，所述反饋信息傳輸給外部的任意波形發(fā)生器awg。

3、優(yōu)選的，所述adc模塊用于采集和輸出波形信號，包括：

4、采集單元根據(jù)預(yù)設(shè)的采集頻率采集量子比特的測量信號；

5、獲取控制信號的波長、峰值；

6、獲取測量信號的模曲線；

7、根據(jù)控制信號的波長和峰值，獲取與量子比特狀態(tài)對應(yīng)的波形曲線；

8、將獲取的波形曲線經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送至處理模塊的psu，plu從psu獲取經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的波形曲線數(shù)據(jù)后進行處理。

9、優(yōu)選的，所述根據(jù)控制信號的波長和峰值，獲取測量信號的波形曲線，包括：

10、根據(jù)控制信號的峰值、波長，將控制信號的每一個掃描峰值點作為預(yù)設(shè)的測量點，并在每個測量點向目標(biāo)量子比特輸入測量信號；

11、以波長為橫坐標(biāo)，以測量信號的模為縱坐標(biāo)形成模擬波形曲線；

12、將模擬波形曲線與標(biāo)準(zhǔn)控制信號曲線在時間軸上對齊后相比，確定多個峰值差值，計算獲取多個峰值差值的平均值；

13、選擇平均值最小的模擬曲線作為反應(yīng)量子比特狀態(tài)的波形曲線。

14、優(yōu)選的，所述處理器模塊用于建立數(shù)據(jù)通信，包括：

15、psu通過tcp/ip協(xié)議與上位機通訊；

16、psu通過串行外圍設(shè)備接口spi與外部的awg進行通訊。

17、優(yōu)選的，所述分析adc模塊的輸入信號并輸出反饋結(jié)果，包括：

18、通過plu接收adc模塊輸出的波形信號，通過psu內(nèi)預(yù)設(shè)的定時器維持上位機解模請求的等待；

19、plu對接收到的波形信號進行解模和反饋。

20、優(yōu)選的，所述處理器模塊使用多窗口模式快速分析adc模塊輸出的波形信號并生成反饋信息，包括：

21、plu通過多個窗口將adc模塊輸出的波形信號分為多個信號段；

22、同時對每個信號段內(nèi)的信號進行預(yù)處理；

23、從經(jīng)過預(yù)處理后的信號段中提取信號的關(guān)鍵特征，構(gòu)成相應(yīng)的特征集；

24、通過預(yù)設(shè)的機器學(xué)習(xí)算法對每個特征集進行模式識別，所述機器學(xué)習(xí)算法包括分類、聚類和回歸分析算法中的一種或者多種；

25、根據(jù)模式識別結(jié)果，判斷量子比特狀態(tài)，并輸出反饋信號；

26、將波形信號和輸出的反饋信號存儲在存儲模塊內(nèi)。

27、優(yōu)選的，所述處理模塊為zynq-7020z芯片，所述adc模塊的波形數(shù)據(jù)和觸發(fā)信號的接收和反饋信號的傳輸信均采用2.5v的低電壓差分信號lvds25。

28、本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，應(yīng)用于所述的一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，所述計算機可讀存儲介質(zhì)用于存儲可執(zhí)行程序，所述可執(zhí)行程序被計算機執(zhí)行以實現(xiàn)：

29、使adc模塊按照設(shè)定的采集頻率f采集測量信號；

30、預(yù)存多個窗口，調(diào)用窗口將波形信號分為多個信號段；

31、預(yù)存機器學(xué)習(xí)算法，調(diào)用機器學(xué)習(xí)算法識別每個信號段的關(guān)鍵信息。

32、本發(fā)明的有益效果：

33、1、本發(fā)明支持多窗口解模，同時解模的次數(shù)能夠滿足一次量子計算實驗的需求（2萬次以上），同時盡量減少判斷和反饋所需時間，整個過程在500?ns以內(nèi)，以使得表面碼糾錯周期能夠在1us量級。

34、2、本發(fā)明的處理模塊支持多個頻率的數(shù)據(jù)同時處理和反饋，啟用的通道可以預(yù)先設(shè)置，以支持量子比特的多通道讀取。

技術(shù)特征：

1.一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，其特征在于，包括處理器模塊、存儲模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換adc模塊，所述adc模塊用于采集和輸出波形信號，所述處理器模塊包括信號處理單元psu和邏輯處理單元plu，所述adc模塊包括采集單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；所述處理器模塊使用多窗口模式快速分析adc模塊輸出的波形信號并生成反饋信息，所述反饋信息傳輸給外部的任意波形發(fā)生器awg。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，其特征在于，所述adc模塊用于采集和輸出波形信號，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，其特征在于，所述根據(jù)控制信號的波長和峰值，獲取測量信號的波形曲線，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，其特征在于，所述處理器模塊用于建立數(shù)據(jù)通信，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，其特征在于，所述分析adc模塊的輸入信號并輸出反饋結(jié)果，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，其特征在于，所述處理器模塊使用多窗口模式快速分析adc模塊輸出的波形信號并生成反饋信息，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，其特征在于，所述處理模塊為zynq-7020z芯片，所述adc模塊的波形數(shù)據(jù)和觸發(fā)信號的接收和反饋信號的傳輸信均采用2.5v的低電壓差分信號lvds25。

8.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，應(yīng)用于權(quán)利要求1-7任意一項所述的一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，其特征在于，所述計算機可讀存儲介質(zhì)用于存儲可執(zhí)行程序，所述可執(zhí)行程序被計算機執(zhí)行以實現(xiàn)：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及量子信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種快速判斷量子比特狀態(tài)并發(fā)出反饋信息的裝置，包括處理器模塊、存儲模塊和ADC模塊，所述ADC模塊用于采集和輸出波形信號，所述處理器模塊包括信號處理單元PSU和邏輯處理單元PLU，所述ADC模塊包括采集單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；所述處理器模塊使用多窗口模式快速分析ADC模塊輸出的波形信號并生成反饋信息，所述反饋信息傳輸給外部的任意波形發(fā)生器AWG。通過將ADC模塊輸出的波形信號分為多個信號段，PLU能夠并行處理信號，允許量子系統(tǒng)可以同時關(guān)注信號的短期波動和長期趨勢，從而獲得更全面的信號特征，提高了數(shù)據(jù)處理的效率，能夠快速響應(yīng)并適應(yīng)量子比特狀態(tài)的變化。

技術(shù)研發(fā)人員：劉武新,梁堅
受保護的技術(shù)使用者：杭州邏輯比特科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9