计算任务的量子计算装置、方法、电子设备、介质及产品与流程

本发明涉及量子计算，尤其涉及一种量子计算装置、方法、电子设备、介质及产品。

背景技术：

1、相关技术中的量子计算（如超导、离子阱）在进行计算任务的量子计算，高度依赖量子纠错码（quantum error correction，qec），物理比特开销巨大，且受限于极低温环境；超导量子比特依赖低温、超导、约瑟夫森隧穿、微波谐振腔读出，存在成本极高、无法可视化、无法宏观复刻、尺度受限等缺陷。

2、因此，业界亟需一种可常温硬件实现的、可视化、可大规模产业化的计算任务的量子计算方案。

技术实现思路

1、本发明提供一种量子计算装置、方法、电子设备、介质及产品，用以解决现有技术中量子计算物理比特开销巨大、成本高、无法可视化、无法宏观复刻、尺度受限的缺陷。

2、本发明提供一种计算任务的量子计算装置，包括：

3、lc谐振子阵列，包括多个lc谐振子电路；每一所述lc谐振子电路的自旋共振态编码为一个量子比特；

4、参考信号源，用于根据观测控制模块采集的模拟信号阵列，确定所述lc谐振子阵列的脉冲宽度调制信号阵列，并对所述lc谐振子阵列施加所述脉冲宽度调制信号阵列，以更新所述lc谐振子阵列的阵列状态；

5、观测控制模块，用于观测和采集所述lc谐振子阵列施加所述脉冲宽度调制信号阵列后的模拟信号阵列；

6、量子态演化模块，用于基于欧拉公式解算所述模拟信号阵列，得到各模拟信号对应的量子态演化相位，并对所述量子态演化相位进行复平面可视化，输出待计算任务的量子演化轨迹。

7、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述lc谐振子阵列的阵列状态包括中间阵列状态；所述根据观测控制模块采集的模拟信号阵列，确定所述lc谐振子阵列的脉冲宽度调制信号阵列，并对所述lc谐振子阵列施加所述脉冲宽度调制信号阵列，包括：利用预设量子门翻转公式和欧拉复指数公式，根据所述模拟信号阵列中各模拟信号的能量等级、预设时间步长和预设演化步数，计算各模拟信号分别对应的各脉冲宽度调制信号，以得到所述脉冲宽度调制信号阵列；将所述脉冲宽度调制信号阵列发送至所述lc谐振子阵列的开关管驱动阵列，以同时驱动所述开关管驱动阵列的各开关管，通过物理谐振干涉自主演化量子态更新所述lc谐振子阵列的阵列状态。

8、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述预设量子门翻转公式，用于在相位为π的情况下旋转实现x门比特翻转，在相位为π/2的情况下旋转实现y门演化，在任意相位的情况下偏移实现z门相位旋转，在双基态等幅相干叠加的情况下实现h门哈达玛叠加。

9、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述参考信号源包括多个并行的计算处理单元；所述计算处理单元用于根据所述模拟信号阵列中的一模拟信号，确定所述脉冲宽度调制信号阵列中的一脉冲宽度调制信号；所述lc谐振子阵列的所述lc谐振子电路与所述计算处理单元一一对应；每一所述lc谐振子电路均包括所述开关管；各所述开关管构成所述开关管驱动阵列；所述将所述脉冲宽度调制信号阵列发送至所述lc谐振子阵列的开关管驱动阵列，包括：针对所述脉冲宽度调制信号阵列的每一脉冲宽度调制信号，将所述脉冲宽度调制信号发送至目标lc谐振子电路的开关管；所述目标lc谐振子电路是用于确定所述脉冲宽度调制信号的计算处理单元对应的lc谐振子电路。

10、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述基于欧拉公式解算所述模拟信号阵列，得到各模拟信号对应的量子态演化相位，包括：基于所述模拟信号阵列中各模拟信号的能量等级，确定各模拟信号的角频率和相位；针对每一模拟信号，基于预设的量子四态映射规则、欧拉复指数公式、所述模拟信号的角频率和相位，将所述模拟信号映射至目标量子态演化相位，以得到各模拟信号对应的量子态演化相位；其中，所述欧拉复指数公式是基于欧拉公式、电容电场能量量子态和电感磁场能量量子态确定的。

11、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述量子态演化相位为正向电场基态、正向磁场基态、反向电场基态和反向磁场基态中的任一种。

12、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述lc谐振子阵列的阵列状态包括初始阵列状态；所述初始阵列状态是基于以下方式驱动的：所述参考信号源根据所述待计算任务，确定所述lc谐振子阵列的初始脉冲宽度调制信号阵列，并对所述lc谐振子阵列施加所述初始脉冲宽度调制信号阵列，以使所述lc谐振子阵列进入初始阵列状态。

13、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，每一所述lc谐振子电路均包括电容、电感、观测电阻、开关管和电源；所述电感的第一端连接所述电源的负极和所述电容的第一端，所述电感的第二端连接所述开关管；所述电容的第一端连接所述电感的第一端和所述电源的负极；所述电容的第二端连接所述观测电阻的第一端；所述观测电阻的第二端连接所述开关管；所述开关管分别与所述电感的第二端、所述观测电阻的第二端和所述电源的正极连接；其中，所述开关管的通断状态用于确定所述lc谐振子电路的振荡模式。

14、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述观测控制模块分别与各所述lc谐振子电路的观测电阻相连接；所述观测和采集所述lc谐振子阵列施加所述脉冲宽度调制信号阵列后的模拟信号阵列，包括：基于各所述观测电阻的电压降信号，确定各所述lc谐振子电路在施加所述脉冲宽度调制信号阵列后的振荡相位与振幅，以采集得到所述模拟信号阵列。

15、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述电容为十字分布式电容；和/或，所述电感为可饱和非线性电感，直流磁通偏置线圈包覆所述电感的电感磁芯；和/或，所述电阻为阻尼损耗单元；和/或，所述观测控制模块为adc信号采样单元；和/或，所述量子态演化模块包括数字信号处理芯片和dac可视化输出单元。

16、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述lc谐振子阵列中的两个所述lc谐振子电路构成双单元反向磁通共轭纠缠结构，n个阵列，两两相邻之间纠缠方式是共轭电感和软开关切换的电容，组成纠缠链，实现2n的并行计算的量子算力，利用经典电路从经典上建模和复原了低温超导条件下的希尔伯特空间和约瑟夫森结的物理表征，其中，约瑟夫森结的隧穿能量差来自电容极板间振荡的电磁波，以作为读取和测量的比对校准依据。

17、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述lc谐振子阵列中的两个所述lc谐振子电路基于软开关零电流的切换实现电容和电感的共谐振荡，且两对之间共轭匹配，电感储能差值的测量是校准和补偿标准。

18、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述lc谐振子阵列构成的组网闭合链网络满足电子云的史密斯球面阻抗匹配；在球面布局传输线时，实现lc的阻抗匹配且低温超导满足物理原型的阻抗匹配。

19、根据本发明提供的一种计算任务的量子计算装置，所述参考信号源是基于gpu并行驱动的，或者，所述参考信号源是基于fpga串行驱动的，或者，所述参考信号源是基于gpu和fpga协同组合后汇总驱动的。

20、本发明还提供一种计算任务的量子计算方法，包括：

21、根据观测控制模块采集的模拟信号阵列，确定lc谐振子阵列的脉冲宽度调制信号阵列，并对所述lc谐振子阵列施加所述脉冲宽度调制信号阵列，以更新所述lc谐振子阵列的阵列状态；

22、观测和采集所述lc谐振子阵列施加所述脉冲宽度调制信号阵列后的模拟信号阵列；

23、基于欧拉公式解算所述模拟信号阵列，得到各模拟信号对应的量子态演化相位，并对所述量子态演化相位进行复平面可视化，输出待计算任务的量子演化轨迹；

24、其中，所述lc谐振子阵列包括多个lc谐振子电路；每一所述lc谐振子电路的自旋共振态编码为一个量子比特。

25、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的计算任务的量子计算方法。

26、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的计算任务的量子计算方法。

27、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的计算任务的量子计算方法。

28、本发明提供的量子计算装置、方法、电子设备、介质及产品，通过由lc谐振子阵列、参考信号源、观测控制模块和量子态演化模块构成的量子计算装置，将每个lc谐振子电路的自旋共振态编码为一个量子比特，采用基于欧拉公式的几何相位演化作为量子计算的底层物理原理，全部工作流程均可在常温下进行，使得量子计算装置的硬件成本大幅降低，突破了环境与成本限制，实现了常温、经典硬件的量子计算；通过观测控制模块采集lc谐振子的模拟信号，再由量子态演化模块基于欧拉公式将采集到的模拟信号解算为量子态演化相位并进行复平面可视化，可以在复平面上直观观测和追踪的量子演化轨迹；利用lc谐振这一经典、稳定的物理现象，通过pwm信号进行精确的相位调制来驱动量子态演化，可规避传统量子比特因微观粒子退相干而必须依赖复杂纠错码的难题，最终提供了硬件成本低、可进行复平面可视化、可宏观复制和大规模产业化的计算任务的量子计算方案。