量子芯片测试方法、系统、装置及量子计算机与流程

1.本技术属于量子信息领域，尤其是量子计算技术领域，特别地，本技术涉及一种量子芯片测试方法、系统、存储介质、装置以及量子计算机。


背景技术：

2.量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。
3.量子计算机上的计算一般是通过操作位于量子芯片上的量子比特(qubit)实现。为了实现量子计算，量子芯片的各项性能参数需达到一定标准，以便能够针对量子比特执行极高保真度的量子逻辑门操作与读取。然而，量子芯片的相关性能参数，例如，量子比特的工作频率、读取谐振腔的频率等，会发生波动，如果忽略这种波动，会影响量子逻辑门操作的保真度、读取的准确性等。因此，经常需要对量子芯片进行测试以确定量子芯片的各项性能参数是否正常
4.由于现有量子芯片测试技术的限制，目前的量子芯片测试工作，测试人员往往需要针对要测试的性能参数确定实验参数，并围绕该实验参数进行多次测试实验，然后对多次测试实验的结果进行分析比对，这个过程对测试人员的专业技术要求较高、工作量大，严重影响了量子芯片测试工作的可替代性。因此，亟需一种效率高、易操作的量子芯片测试方案。
发明创造内容
5.本技术的目的是提供一种量子芯片测试方法、系统、存储介质、装置以及量子计算机，以解决现有技术中的不足。
6.本技术的一个方面提供了一种量子芯片测试方法，包括：
7.接收量子芯片测试实验的参数扫描配置指令；
8.响应于测试执行指令，执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号；
9.根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果。
10.如上所述的方法，所述量子芯片测试实验至少包括以下之一：针对读取谐振腔的能谱测试实验；针对量子比特的能谱测试实验；针对量子比特的能量弛豫时间测试实验。
11.如上所述的方法，所述参数扫描配置指令包括阈值和步长；所述执行参数扫描的步骤，包括：根据所述阈值确定参数范围；按照所述步长扫描所述参数范围。
12.如上所述的方法，所述参数扫描配置指令包括阈值和样本量；所述执行参数扫描的步骤，包括：根据所述阈值确定参数范围；按照所述样本量扫描所述参数范围。
13.如上所述的方法，所述根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号的步骤，包括：
14.根据扫描结果确定实验参数值及对应扫描顺序；
15.按照所述扫描顺序，依次生成与各所述实验参数值对应的测试信号并输出至量子芯片。
16.如上所述的方法，所述根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果的步骤，包括：
17.根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号，确定各所述反馈信号对应的实验结果及所述实验参数值；
18.针对各所述实验结果及对应的所述实验参数值拟合处理获得拟合曲线；
19.生成包含所述拟合曲线的测试结果。
20.如上所述的方法，所述根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果的步骤，还包括：
21.利用与当前获取的所述反馈信号对应的实验结果及所述实验参数值实时更新所述拟合曲线。
22.本技术的第二方面提供了一种量子芯片测试系统，包括：
23.指令配置模块，用于接收量子芯片测试实验的参数扫描配置指令；
24.扫描测试模块，用于响应于测试执行指令，执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号；
25.结果生成模块，用于根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果。
26.本技术的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行所述方法。
27.本技术的第四方面提供了一种量子芯片测试装置，包括：
28.存储器，用于存储计算机程序；
29.处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述方法。
30.本技术的第五方面提供了一种量子计算机，所述量子计算机包括所述的量子芯片测试装置或所述量子芯片测试系统，或所述量子计算机根据所述方法实现量子芯片测试。
31.与现有技术相比，本技术通过先接收量子芯片测试实验的参数扫描配置指令，然后响应于测试执行指令，执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号，再根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果，从而能够在接收实验参数的参数扫描配置指令后即可生成测试信号实现对应的测试实验，并生成与各测试信号对应的结果，因此，本技术提高了量子芯片测试效率和易操作性。
附图说明
32.图1为本技术一个实施例的量子芯片测试装置的框图；
33.图2为本技术一个实施例的量子芯片测试方法的流程示意图；
34.图3为本技术一个实施例的量子芯片测试系统的结构示意图。
具体实施方式
35.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为
对本技术的限制。
36.量子计算是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式，其中，量子计算基于的最基本的一个原理为量子力学态叠加原理，量子力学态叠加原理使得量子信息单元的状态可以处于多种可能性的叠加状态，从而使得量子信息处理从效率上相比于经典信息处理具有更大潜力。
37.量子芯片是量子计算机中执行量子计算的处理器，量子芯片包含的量子比特结构为处理器的处理单元。量子芯片上集成有多个一一对应的且相互耦合的量子比特和读取谐振腔，各读取谐振腔远离对应量子比特的一端均连接至集成设置在量子芯片上的读取信号传输线，读取信号传输线用于接收探测信号和发射量子比特探测信号的反馈信号；各量子比特均耦合连接有xy信号传输线和z信号传输线。
38.对于量子芯片来说，其性能参数需要达到一定要求，才能支持量子计算执行，例如，读取信号传输线、读取谐振腔、量子比特、xy信号传输线和z信号传输线是否导通，量子比特工作频率是否漂移等等。由于量子芯片硬件制造技术的约束限制、工作环境因素影响等，量子芯片的性能参数很容易发生波动，进而影响量子逻辑门操作与读取，例如，会导致量子逻辑门操作的保真度的下降，也会影响到读取的准确性和效率。因此，经常需要对量子芯片进行测试以获知量子芯片的各项性能参数是否正常。
39.而由于现有量子芯片测试技术的限制，目前的量子芯片测试工作，在确定量子芯片上要进行测试实验的实验参数后，测试人员往往需要围绕该实验参数进行多次测试实验，根据多次测试实验的结果的分析比对才能判断量子芯片的性能参数是否正常，而这个过程对测试人员的专业技术要求较高、工作量大，严重影响了量子芯片的测试工作。
40.本发明实施例的方法用于测试量子芯片，以便于测试人员通过界面输入量子芯片测试实验的参数扫描配置指令后，即可执行参数扫描并进行对应的量子芯片测试实验，进而能够基于测试结果确定该量子芯片的性能参数是否正常，从而一定程度上降低对测试人员的专业技术要求，并减少测试人员的工作量。
41.下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的量子芯片测试方法和装置。
42.量子芯片测试设备
43.在实施例中，量子芯片测试装置可以为计算机设备，计算机设备上装载有量子芯片测试软件。图1为根据本发明的一个实施例的量子芯片测试装置的框图，如图1所示，量子芯片测试装置1包括交互模块11、至少一个处理器12和存储器13。
44.其中，交互模块11可以包括设备的输入/输出装置，例如显示屏、鼠标、键盘、触摸屏等，交互模块11用于接收输入指令以及提供配置界面，例如，用户触发计算机设备上的量子芯片测试软件图标，显示屏可以提供量子芯片测试的配置界面，用户可以通过键盘或鼠标或触摸屏在配置界面选择不同类型的量子芯片测试实验、输入针对量子芯片测试实验的参数扫配置指令，以生成量子芯片测试的实验参数配置。
45.存储器13与至少一个处理器12通信连接，存储器13存储有可被至少一个存储器12执行的指令，指令被至少一个处理器12执行时，使至少一个处理器12执行量子芯片测试方法，进而实现量子芯片测试，操作简单，容易实现。
46.下面参照附图描述根据本发明实施例的量子芯片测试方法。
47.在本发明的实施例中，量子芯片测试实验为针对量子芯片的性能参数进行测试表
征的实验，例如包括针对读取谐振腔的能谱测试实验、针对量子比特的能谱测试实验、针对量子比特的能量弛豫时间测试实验等等。通过量子芯片测试实验能够获知对应性能参数的值，进而确定该性能参数是否正常或是否符合要求。
48.图2是根据本技术的一个实施例的量子芯片测试方法的流程示意图。
49.如图2所示，本发明实施例的量子芯片测试方法至少包括步骤s2100至步骤s2300，具体如下。
50.s2100、接收量子芯片测试实验的参数扫描配置指令。
51.在实施例中，所述量子芯片测试实验至少包括以下之一：针对读取谐振腔的能谱测试实验、针对量子比特的能谱测试实验、针对量子比特的能量弛豫时间测试实验。可以理解的是，选择不同的量子芯片测试实验，即需要配置相应的参数扫描配置指令。可以理解的是，以上测试实验仅为示例性的介绍，具体实施时不限于此，例如，还可以包括针对读取信号线的能谱测试实验、针对量子比特的相干时间测试实验等。
52.为了便于对本技术实施例的理解，结合一些测试实验示例，进一步介绍如下：
53.针对读取谐振腔的能谱测试实验，接收探测信号频率参数的扫描配置指令，所述探测信号施加于量子芯片上的读取信号传输线。所述反馈信号与所述探测信号的比值s21随着探测信号频率参数的变化曲线，即为读取谐振腔的能谱曲线，可以理解的是，所述s21参数包括频率、幅度、相位等信息。根据读取谐振腔的能谱曲线即可确定读取谐振腔的工作频率。
54.针对量子比特的能谱测试实验，接收驱动电压参数的扫描配置指令，所述驱动电压施加于量子芯片上的z信号传输线，并且在进行量子比特的能谱测试实验时，同时施加探测信号于读取信号传输线。量子比特经读取信号传输线的反馈信号与所述探测信号的比值s21的变化曲线，即为量子比特的能谱曲线，根据量子比特的能谱曲线即可确定量子比特的工作频率。
55.针对量子比特的能量弛豫时间测试实验，接收探测信号延时参数的扫描配置指令，所述探测信号施加于读取信号传输线，并且在进行量子比特的能量弛豫时间测试实验时，同时施加xy信号于量子芯片上的xy信号传输线、驱动电压于量子芯片上的z信号传输线。量子比特基于探测信号的反馈信号随探测信号的触发延时参数的变化曲线，即为量子比特的能量弛豫时间曲线，根据量子比特的能量弛豫时间曲线即可确定量子比特的能量弛豫时间。
56.需要说明的是，针对读取谐振腔的能谱测试实验、针对量子比特的能谱测试实验、针对量子比特的能量弛豫时间测试实验的用途不局限于以上测试实验示例。
57.在本发明实施例中，接收不同的参数扫描配置指令，执行不同的参数扫描方式。
58.在本发明的一些实施例中，所述参数扫描配置指令包括阈值和步长；所述执行参数扫描的步骤，包括：
59.根据所述阈值确定参数范围；按照所述步长扫描所述参数范围。示例性的，参数扫描配置指令中的阈值配置包括阈值下限和阈值上限，阈值下限为6421、阈值上限为6422，步长配置为0.1时，本步骤即在参数范围[6421,6422]中从6421开始每隔0.1取一个值，例如6421.0,6421.1，6421.2,
……
,6422.0。
[0060]
在本发明的另一些实施例中，所述参数扫描配置指令包括阈值和样本量；所述执
行参数扫描的步骤，包括：
[0061]
根据所述阈值确定参数范围；按照所述样本量扫描所述参数范围。示例性的，参数扫描配置指令中的阈值配置包括阈值下限和阈值上限，阈值下限为8421、阈值上限为8422，样本量为5时，本步骤即在参数范围[8421,8422]中取5个值。
[0062]
s2200、响应于测试执行指令，执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号。
[0063]
具体的，在接收实验参数的参数扫描配置指令后即可执行参数扫描，并生成测试信号实现对应的测试实验。
[0064]
在一些实施例中，所述根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号的步骤，包括：
[0065]
根据扫描结果确定实验参数值及对应扫描顺序；
[0066]
按照所述扫描顺序，依次生成与各所述实验参数值对应的测试信号并输出至量子芯片。
[0067]
示例性的，上述在参数范围[6421,6422]中按照步长0.1扫描时，确定的确定实验参数值为6421.0,6421.1，6421.2,
……
,6422.0,且确定的实验参数值的扫描顺序对应为1,2,3，
……
,11。然后按照扫描顺序1、2、3、
……
、11，依次生成6421.0,6421.1，6421.2,
……
,6422.0所对应的测试信号输出至量子芯片进行测试。
[0068]
s2300、根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果。
[0069]
具体的，本步骤根据所述量子芯片在施加测试信号后的反馈信号，确定量子芯片测试实验的测试结果。
[0070]
在一实施例中，为能够针对扫描的实验参数值对应的实验结果汇总拟合，展示各实验结果形成直观对比，所述根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果的步骤，包括：
[0071]
根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号，确定各所述反馈信号对应的实验结果及所述实验参数值；
[0072]
针对各所述实验结果及对应的所述实验参数值拟合处理获得拟合曲线；
[0073]
生成包含所述拟合曲线的测试结果。
[0074]
在另一实施例中，所述根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果的步骤，还包括：利用与当前获取的所述反馈信号对应的实验结果及所述实验参数值实时更新所述拟合曲线。从而使得拟合曲线动态更新，即每收到一个反馈信号，立即更新拟合曲线，展示当前所有的实验结果，
[0075]
本发明实施例提供的量子芯片测试方法，针对目前的量子芯片测试工作，测试人员往往需要围绕实验参数进行多次测试实验，并对多次测试实验的结果进行分析比对，整个过程对测试人员的专业技术要求较高、工作量大的问题，本发明实施例通过先接收量子芯片测试实验的参数扫描配置指令，然后响应于测试执行指令，执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号，再根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果，从而能够在接收实验参数的参数扫描配置指令后即可生成测试信号实现对应的测试实验，并生成与各测试信号对应的结果，因此，本技术提高了量子芯片测试效率和易操作性。
[0076]
下面结合附图进一步介绍本发明实施例提供的一种量子芯片测试系统。
[0077]
图3为本发明实施例提供的量子芯片测试系统的结构示意图。
[0078]
参见图3，本发明实施例提供了与上述量子芯片测试方法相对应的一种量子芯片测试系统，包括：
[0079]
指令配置模块301，用于接收量子芯片测试实验的参数扫描配置指令；
[0080]
扫描测试模块302，用于响应于测试执行指令，执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号；
[0081]
结果生成模块303，用于根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果。
[0082]
本发明实施例提供的量子芯片测试系统能够通过指令配置模块301选择不同的量子芯片测试实验，并配置相应的参数扫描配置指令，然后基于扫描测试模块302执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号，再通过结果生成模块303生成与基于所述测试信号的反馈信号相对应的测试结果。与本发明实施例提供的一种量子芯片测试方法相对应的，基于本发明实施例提供的量子芯片测试系统，能够解决目前的量子芯片测试工作，测试人员往往需要围绕实验参数进行多次测试实验，并对多次测试实验的结果进行分析比对，整个过程对测试人员的专业技术要求较高、工作量大的问题，本发明实施例提供的量子芯片测试系统能够在接收实验参数的参数扫描配置指令后即可生成测试信号实现对应的测试实验，并生成与各测试信号对应的结果，因此，本技术提高了量子芯片测试效率和易操作性。
[0083]
示例性的，通过本发明实施例的量子芯片测试系统能够依次进行针对读取谐振腔的能谱测试实验、针对量子比特的能谱测试实验、针对量子比特的能量弛豫时间测试实验，进而确定读取谐振腔的工作频率、量子比特的工作频率，以及量子比特的能量弛豫时间。
[0084]
在针对读取谐振腔的能谱测试实验时，接收探测信号频率参数的扫描配置指令，根据参数扫描确定不同频率值的探测信号，进而施加不同频率值的探测信号于量子芯片上的读取信号传输线。量子芯片基于探测信号输出的反馈信号与所述探测信号的比值s21随着探测信号频率参数的变化曲线，即为读取谐振腔的能谱曲线，根据读取谐振腔的能谱曲线即可确定读取谐振腔的工作频率。
[0085]
在针对量子比特的能谱测试实验时，接收驱动电压参数的扫描配置指令，所述驱动电压施加于量子芯片上的z信号传输线，并且在进行量子比特的能谱测试实验时，同时施加探测信号于读取信号传输线。量子比特经读取信号传输线的反馈信号与所述探测信号的比值s21的变化曲线，即为量子比特的能谱曲线，根据量子比特的能谱曲线即可确定量子比特的工作频率。
[0086]
针对量子比特的能量弛豫时间测试实验，接收探测信号延时参数的扫描配置指令，所述探测信号施加于读取信号传输线，并且在进行量子比特的能量弛豫时间测试实验时，同时施加xy信号于量子芯片上的xy信号传输线、驱动电压于量子芯片上的z信号传输线。量子比特基于探测信号的反馈信号随探测信号的触发延时参数的变化曲线，即为量子比特的能量弛豫时间曲线，根据量子比特的能量弛豫时间曲线即可确定量子比特的能量弛豫时间。
[0087]
本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，
所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一方法实施例中的步骤。
[0088]
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤s2100至步骤s2300的计算机程序，其中：
[0089]
s2100、接收量子芯片测试实验的参数扫描配置指令；
[0090]
s2200、响应于测试执行指令，执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号；
[0091]
s2300、根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果。
[0092]
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-on l y memory，简称为rom)、随机存取存储器(random access memory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
[0093]
本发明实施例还提供了一种量子计算机，所述量子计算机包括所述量子芯片测试装置或所述量子芯片测试系统，或者所述量子计算机根据所述方法实现量子芯片测试。
[0094]
与现有技术相比，本发明实施例针对目前的量子芯片测试工作，测试人员往往需要围绕实验参数进行多次测试实验，并对多次测试实验的结果进行分析比对，整个过程对测试人员的专业技术要求较高、工作量大的问题，本发明实施例通过先接收量子芯片测试实验的参数扫描配置指令，然后响应于测试执行指令，执行参数扫描并根据扫描结果生成施加于量子芯片的测试信号，再根据所述量子芯片基于所述测试信号的反馈信号生成测试结果，从而能够在接收实验参数的参数扫描配置指令后即可生成测试信号实现对应的测试实验，并生成与各测试信号对应的结果，因此，本技术提高了量子芯片测试效率和易操作性。
[0095]
应理解，说明书通篇中提到的“一些实施例”、“一种实施例”、“一实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一些实施例中”、“在一种实施例中”或“在一实施方式”，未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
[0096]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0097]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块、单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
[0098]
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0099]
另外，在本技术各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
[0100]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(read on l y memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0101]
或者，本技术上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台实现资源变更的设备(可以是计算机、服务器等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、rom、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0102]
以上所述，仅为本技术的实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，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。