用于量子计算的射频场不均匀性分析方法及其相关设备与流程

1.本技术属于量子计算领域，具体涉及一种用于量子计算的射频场不均匀性分析方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.核磁共振量子计算机通过缠绕在样品管上的螺线管线圈发射与核自旋共振的射频脉冲来控制核自旋操作，通常液体核磁共振样品中有阿伏伽德罗常数个的核自旋，最终核磁共振量子计算机读出的信号就来自于这些核自旋的信号总和。一般来说，样品中的核自旋需要在被控制的过程中保持一致性，然而由于螺线管中射频强度分布并非绝对均匀，导致样品管中不同空间位置的核自旋感受到的控制脉冲强度不同，最终影响量子计算的控制精度。
3.在现有的核磁共振量子计算中，使用grape(gradient ascent pulse engineering，j.magn.reason.2005 172(2):296-305.)优化控制设计射频脉冲时，通常会考虑控制脉冲对射频场不均匀性的鲁棒性，通过设置射频场不均匀系数可以在梯度下降算法中计算出对射频场不均匀鲁棒的控制脉冲。但是由于难以直接测量线圈中的射频场强度，所以grape算法中射频场的不均匀系数一般是主观设置的，并不能对射频场真实的不均匀性起最好的鲁棒效果。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提出一种用于量子计算的射频场不均匀性分析方法、装置、计算机设备及存储介质，现有的核磁共振量子计算难以直接测量线圈中的射频场强度，所以grape算法中射频场的不均匀系数一般是主观设置的，并不能对射频场真实的不均匀性起最好的鲁棒效果的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供一种用于量子计算的射频场不均匀性分析方法，采用了如下所述的技术方案：
6.一种用于量子计算的射频场不均匀性分析方法，包括：
7.获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号；
8.对所述拉比振荡信号进行频谱分析，得到所述拉比振荡信号的频谱成份；
9.从所述拉比振荡信号的频谱成份中获取所述射频场的强度分布；
10.基于所述射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲，其中，所述鲁棒控制脉冲为用于控制所述待测样品中核自旋量子态的射频场。
11.进一步地，所述获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号的步骤，具体包括：
12.测量所述待测样品的自由感应衰减信号；
13.基于所述待测样品的自由感应衰减信号确定所述待测样品中所有核自旋量子态在预设投影平面上的投影大小；
14.基于所述投影大小确定所述待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号。
15.进一步地，对所述拉比振荡信号进行频谱分析，得到所述拉比振荡信号的频谱成份的步骤，具体包括：
16.对所述拉比振荡信号进行离散傅里叶变换，得到所述拉比振荡信号的频谱成份；或
17.使用正弦函数和的形式对所述拉比振荡信号进行拟合，得到所述拉比振荡信号的频谱成份。
18.进一步地，基于以下公式对所述拉比振荡信号进行离散傅里叶变换：
[0019][0020]
式中，n为采样点数量，xj为第j个采样点的拉比振荡信号的强度，yk为拉比振荡信号中频率大小为e
2πijk/
的成分的含量。
[0021]
进一步地，离散傅里叶变换结果的横轴为所述拉比振荡信号的频率成份，离散傅里叶变换结果的纵轴为所述拉比振荡信号中各个频率成份的频率大小，从所述拉比振荡信号的频谱成份中获取所述射频场的强度分布的步骤，具体包括：
[0022]
从所述离散傅里叶变换结果确定所述拉比振荡信号中的频率成份和各个频率成份的频率大小；
[0023]
基于所述频率成份和各个频率成份的频率大小确定所述射频场的强度分布。
[0024]
进一步地，基于以下公式对所述拉比振荡信号进行拟合：
[0025]
f(x)＝∑
iai
sin(bix+ci)
[0026]
式中，f(x)拉比振荡信号的正弦函数和，i为使用到的正弦函数的数量，ai为频率成分的占比，bi为频率大小，ci为相位大小。
[0027]
进一步地，从所述拉比振荡信号的频谱成份中获取所述射频场的强度分布的步骤，具体包括：
[0028]
从正弦函数拟合结果中确定所述拉比振荡信号中的频率成份和各个频率成份的频率大小；
[0029]
基于所述频率成份和各个频率成份的频率大小确定所述射频场的强度分布。
[0030]
进一步地，基于所述射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲的步骤，具体包括：
[0031]
从所述射频场的强度分布获取射频场不均匀分布的偏置值；
[0032]
在所述射频场的哈密顿量中添加所述偏置值；
[0033]
利用所述grape算法在偏置后的参数空间中寻找所述射频场在不均匀状态下的最优参数，得到所述的鲁棒控制脉冲。
[0034]
为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种用于量子计算的射频场不均匀性分析装置，采用了如下所述的技术方案：
[0035]
一种用于量子计算的射频场不均匀性分析装置，包括：
[0036]
拉比振荡模块，用于获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号；
[0037]
频谱分析模块，用于对所述拉比振荡信号进行频谱分析，得到所述拉比振荡信号的频谱成份；
[0038]
强度分布模块，用于从所述拉比振荡信号的频谱成份中获取所述射频场的强度分布；
[0039]
鲁棒控制模块，用于基于所述射频场的强度分布和预设的grape算法计算所述射频场的鲁棒控制脉冲，其中，所述鲁棒控制脉冲为用于控制所述待测样品中核自旋量子态的射频场。
[0040]
为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种计算机设备，采用了如下所述的技术方案：
[0041]
一种计算机设备，所述计算机设备为量子计算机，所述量子计算机包括存储器、经典处理器和量子处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述量子计算机执行所述计算机可读指令时实现如上述所述的用于量子计算的射频场不均匀性分析方法的步骤。
[0042]
为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，采用了如下所述的技术方案：
[0043]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被量子计算机执行时实现如上述所述的用于量子计算的射频场不均匀性分析方法的步骤。
[0044]
与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：
[0045]
本技术公开一种用于量子计算的射频场不均匀性分析方法及其相关设备，属于量子计算领域。本技术通过获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号，对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份，从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布，基于射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲，其中，鲁棒控制脉冲为用于控制待测样品中核自旋量子态的射频场。本技术先通过拉比振荡信号分析线圈射频场不均匀性，再利用grape算法对射频场进行参数优化，以找到一组射频场最优参数，使得待测样品中核自旋量子态在射频场强度不均匀时仍然能够实现正确的控制，提高了量子计算中控制脉冲对于射频场不均匀的鲁棒性。
附图说明
[0046]
为了更清楚地说明本技术中的方案，下面将对本技术实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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。
[0047]
图1示出了螺线管场强分布图；
[0048]
图2示出了根据本技术的用于量子计算的射频场不均匀性分析方法的一个实施例的流程图；
[0049]
图3示出了本技术中样品核自旋量子态在x-y平面上的投影示意图；
[0050]
图4示出了本技术的核磁共振量子计算机的样品和射频线圈部分的示意图；
[0051]
图5示出了本技术的拉比振荡信号在射频场的衰减情况示意图；
[0052]
图6示出了根据本技术的用于量子计算的射频场不均匀性分析方法的拉比振荡信号的傅里叶分析结果示意图；
[0053]
图7示出了根据本技术的用于量子计算的射频场不均匀性分析方法的拉比振荡信号以正弦和的函数形式拟合的结果示意图；
[0054]
图8示出了根据本技术的用于量子计算的射频场不均匀性分析装置的一个实施例的结构示意图；
[0055]
图9示出了根据本技术的计算机设备的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0056]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
[0057]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0058]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0059]
请参考图1，图1为螺线管场强分布图，从图1中可知，位于螺旋管内的场强分布较为均匀，接近螺线管端口处场强较强，而螺线管外的场强下降明显，这导致样品液柱位于线圈外部的部分接收到的射频场场强没有达到预期强度，在控制脉冲下样品中核自旋(量子比特)的行为不一致。于是在读出信号时核自旋系综会出现极化度下降的情况，读出信号在一定程度上强度下降并且发生相位扭曲，读出信号受影响最直观的体现是拉比振荡实验的信号强度在远小于退相干的时间内发生了明显的衰减。
[0060]
如果想利用grape算法计算一个对射频场不均匀具有鲁棒性的射频场，就需要知道射频场在空间中的强度分布，而这是难以直接测量的。本技术的目的就在于利用核磁共振量子计算中简单的拉比振荡实验间接得到射频场强度的分布，从而用grape算法计算出更加鲁棒的射频控制脉冲。
[0061]
为了解决上述技术问题，请参考图2，本技术公开了一种用于量子计算的射频场不均匀性分析方法，包括如下步骤：
[0062]
s201，获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号。
[0063]
其中，拉比振荡是指自旋被与其能级差频率相匹配的射频场持续激发时，自旋量子态会以一定的频率在|0》和|1》能级间反复跃迁，而拉比振荡的频率取决于激发自旋的射频场的强度。在核磁共振量子计算中，从y轴发射的射频场哈密顿量可以简单写成：其中，为约化普朗克常数，γ为核自旋的旋磁比，b
rf
为射频场场强，为自旋算符。这时拉比振荡可以具象地看成核自旋量子态在bloch球上绕着y轴旋转，请参考图3，核磁共振可以通过测量样品系综的自由感应衰减信号来获得样品中所有核自旋量子态在x-y平面的平均投影大小。在拉比振荡过程中，量子态在x轴投影大小以正弦函数的形式振荡就意味着量子态吸收射频场并在|0》和|1》能级之间反复跃迁。
[0064]
具体的，通过核磁共振量子计算机测量待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号。示例性的，请参考图4，图4为核磁共振量子计算机的样品和射频线圈部分的示意图，用于测量样品在预设射频场中的拉比振荡信号，量子比特的化合物样品置于透明的玻璃管中，玻璃管再置于发射射频控制脉冲的线圈中，线圈发射的射频场用于控制玻璃管中所有核自旋(即量子比特)，读出的信号也是玻璃管中所有核自旋的信号总和，为了加强核磁信号强度，要求玻璃管中样品液柱体积尽量大，同时由于匀场条件的限制，要求射频线圈的绕数不能过多，且样品液柱长度一般大于螺线管的长度。
[0065]
进一步地，获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号的步骤，具体包括：
[0066]
测量待测样品的自由感应衰减信号；
[0067]
基于待测样品的自由感应衰减信号确定待测样品中所有核自旋量子态在预设投影平面上的投影大小；
[0068]
基于投影大小确定待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号。
[0069]
具体的，通过核磁共振量子计算机测量待测样品在不同时长的预设射频场作用下的自由感应衰减信号，基于待测样品的自由感应衰减信号确定待测样品中所有核自旋量子态在预设投影平面上的平均投影大小，预设投影平面为x-y平面，所有核自旋量子态在预设投影平面上的平均投影大小即为待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号。
[0070]
s202，对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份。
[0071]
在核磁共振量子计算中，拉比振荡的信号是系综平均信号。如果样品中所有的核自旋都感受到相同的射频场强度，那么拉比振荡的信号衰减取决于样品本身的退相干时间，请参考图5，从图5可以看出持续上百微秒的硬脉冲作用就会使得拉比信号大幅衰减，而这个时间尺度是远小于样品的退相干时间，这说明样品中的核自旋感受到的射频场强度并不一致，从而导致样品系综的极化度下降，这时的拉比信号实际上是由许多频率不同的拉比信号叠加而成，而不同频率的拉比信号就对应了样品中核自旋所感受到的不同射频场强度。
[0072]
具体的，对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份。在本技术具体的实施例中，可以通过傅里叶变换或者正弦函数和的形式对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份。
[0073]
进一步地，对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份的步骤，具体包括：
[0074]
对拉比振荡信号进行离散傅里叶变换，得到拉比振荡信号的频谱成份；或
[0075]
使用正弦函数和的形式对拉比振荡信号进行拟合，得到拉比振荡信号的频谱成份。
[0076]
具体的，在本技术中，可以通过两种方法对拉比振荡信号进行频谱分析，即通过对拉比振荡信号进行离散傅里叶变换，得到拉比振荡信号的频谱成份，或者使用正弦函数和的形式对拉比振荡信号进行拟合，得到拉比振荡信号的频谱成份。
[0077]
进一步地，基于以下公式对拉比振荡信号进行离散傅里叶变换：
[0078]
[0079]
式中，n为采样点数量，xj为第j个采样点的拉比振荡信号的强度，yk为拉比振荡信号中频率大小为e
2πijk/n
的成分的含量。
[0080]
在本技术一种实施例中，对拉比信号强度xj进行离散傅里叶变换，得到拉比振荡信号的频域成分含有e
2πijk/n
的成分含量为yk，其频率大小为e
2πijk/n
。请参考图6，图6为拉比振荡信号的傅里叶分析结果，横轴为信号成分的频率，纵轴为每个频率成分的含量，可以看到信号在频域上有一定展宽，这说明样品中的核自旋确实在强度不同的射频场驱动下做着频率不同的拉比振荡，频谱图的特征是围绕一个比例最大的中心频率，高频部分快速截断，低频部分有较多成分，这个特征符合螺线管的场强分布，即螺旋管内大部分空间的场强分布较为均匀，接近螺线管端口处小部分空间场强较强，螺线管外的场强显著下降。
[0081]
进一步地，基于以下公式对拉比振荡信号进行拟合：
[0082]
f(x)＝∑
iai
sin(bix+ci)
[0083]
式中，f(x)拉比振荡信号的正弦函数和，i为使用到的正弦函数的数量，ai为频率成分的占比，bi为频率大小，ci为相位大小。
[0084]
在本技术另一种实施例中，由于要对拉比信号进行傅里叶分析，就需要进行足够多的采点实验，如果不想让拉比振荡实验过于繁琐，本技术提供另一种对拉比振荡信号进行频谱分析的方法，可以在没有那么多采样点的情况下用多个正弦和的函数形式f(x)＝∑
iai
sin(bix+ci)对拉比振荡信号进行拟合，最终从拟合函数中得到每个频率成分的占比ai以及频率大小bi，相位大小ci，同样可以获得拉比振荡信号的频谱成份。请参考图7，图7为本技术一种具体的实施例中的拉比振荡信号通过正弦和的函数形式拟合后得到的实验结果，从图7可以看出用拟合方式得到的频率成分同样是高频部分较少，低频部分较多，这与傅里叶分析的结果一致。
[0085]
s203，从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布。
[0086]
进一步地，离散傅里叶变换结果的横轴为拉比振荡信号的频率成份，离散傅里叶变换结果的纵轴为拉比振荡信号中各个频率成份的频率大小，从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布的步骤，具体包括：
[0087]
从离散傅里叶变换结果确定拉比振荡信号中的频率成份和各个频率成份的频率大小；
[0088]
基于频率成份和各个频率成份的频率大小确定射频场的强度分布。
[0089]
具体的，将离散傅里叶变换结果的横轴设为拉比振荡信号的频率成份，将离散傅里叶变换结果的纵轴设为拉比振荡信号中各个频率成份的频率大小。从离散傅里叶变换结果确定拉比振荡信号中的频率成份和各个频率成份的频率大小，频率成份和各个频率成份的频率即射频场的强度分布。
[0090]
需要说明的是，请继续参考图6，可以直接从离散傅里叶变换结果的频率成分的坐标获取最高峰的频率，该频率即为线圈发射的原定脉冲强度下核自旋的进动频率，其峰值就是感受到该强度射频场的核自旋比例，再通过横纵坐标的比例就可以获得样品中其他核自旋感受到的射频场强度以及数量的比例。
[0091]
进一步地，从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布的步骤，具体包括：
[0092]
从正弦函数拟合结果中确定拉比振荡信号中的频率成份和各个频率成份的频率
大小；
[0093]
基于频率成份和各个频率成份的频率大小确定射频场的强度分布。
[0094]
具体的，从正弦函数拟合结果中确定拉比振荡信号中的频率成份和各个频率成份的频率大小，频率成份和各个频率成份的频率即为射频场的强度分布。
[0095]
需要说明的是，请继续参考图7，从拟合的正弦成分的振幅以及频率就可以直接得到样品中射频场的不同强度以及作用到的核自旋数量比例。相比较之下傅里叶分析的方法获得的射频场强度分布更加准确、完整，而正弦和函数拟合的方式比较简单，并且获得的仅仅是射频场强度的主要成分。
[0096]
s204，基于射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲，其中，鲁棒控制脉冲为用于控制待测样品中核自旋量子态的射频场。
[0097]
在核磁共振量子计算中，一组形状脉冲由l个时长为δt的强度不同的硬脉冲组成，核自旋在每个硬脉冲作用下的演化算子可以写成：其中h
int
为核自旋在静磁场中的哈密顿量，h
rf
为核自旋在控制射频场中的哈密顿量，um则是每个通道的每一路射频场的强度，一般而言，一个通道有两路射频场的强度。
[0098]
进一步地，基于射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲的步骤，具体包括：
[0099]
从射频场的强度分布获取射频场不均匀分布的偏置值；
[0100]
在射频场的哈密顿量中添加偏置值；
[0101]
利用grape算法在偏置后的参数空间中寻找射频场在不均匀状态下的最优参数，得到的鲁棒控制脉冲。
[0102]
具体的，grape算法即利用计算机梯度下降算法在参数空间中寻找最优的参数um，使得形状脉冲的幺正操作与想要实现的幺正操作之间的保真度最大，在本技术实施例中，利用上述傅里叶变换或者正弦函数和的形式得到射频场不均匀的分布，就可以从射频场的强度分布获取射频场不均匀分布的偏置值，再在射频场哈密顿量h
rf
中加上对应的偏置值，让grape算法被在偏置后的参数空间中寻找不均匀射频场下的最优参数um，于是就可以得到对射频场不均匀性的鲁棒控制脉冲。
[0103]
本技术公开一种用于量子计算的射频场不均匀性分析方法，属于量子计算领域。本技术通过获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号，对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份，从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布，基于射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲，其中，鲁棒控制脉冲为用于控制待测样品中核自旋量子态的射频场。本技术先通过拉比振荡信号分析线圈射频场不均匀性，再利用grape算法对射频场进行参数优化，以找到一组射频场最优参数，使得待测样品中核自旋量子态在射频场强度不均匀时仍然能够实现正确的控制，提高了量子计算中控制脉冲对于射频场不均匀的鲁棒性。
[0104]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机可读指令来指令相关的硬件来完成，该计算机可读指令可存储于一计算机可读取存储介质中，该计算机可读指令在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)等非易失性存储介质，或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
[0105]
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0106]
进一步参考图8，作为对上述图2所示方法的实现，本技术提供了一种用于量子计算的射频场不均匀性分析装置的一个实施例，该装置实施例与图2所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。
[0107]
如图8所示，本实施例所述的用于量子计算的射频场不均匀性分析装置800包括：
[0108]
拉比振荡模块801，用于获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号；
[0109]
频谱分析模块802，用于对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份；
[0110]
强度分布模块803，用于从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布；
[0111]
鲁棒控制模块804，用于基于射频场的强度分布和预设的grape算法计算射频场的鲁棒控制脉冲，其中，所述鲁棒控制脉冲为用于控制所述待测样品中核自旋量子态的射频场。
[0112]
进一步地，拉比振荡模块801具体包括：
[0113]
测量单元，用于测量待测样品的自由感应衰减信号；
[0114]
投影单元，用于基于待测样品的自由感应衰减信号确定待测样品中所有核自旋量子态在预设投影平面上的投影大小；
[0115]
拉比振荡单元，用于基于投影大小确定待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号。
[0116]
进一步地，频谱分析模块802具体包括：
[0117]
傅里叶变换单元，用于对拉比振荡信号进行离散傅里叶变换，得到拉比振荡信号的频谱成份；或
[0118]
正弦函数拟合单元，用于使用正弦函数和的形式对拉比振荡信号进行拟合，得到拉比振荡信号的频谱成份。
[0119]
进一步地，基于以下公式对拉比振荡信号进行离散傅里叶变换：
[0120][0121]
式中，n为采样点数量，xj为第j个采样点的拉比振荡信号的强度，yk为拉比振荡信号中频率大小为e
2πijk/n
的成分的含量。
[0122]
进一步地，强度分布模块803具体包括：
[0123]
第一结果处理单元，用于从离散傅里叶变换结果确定拉比振荡信号中的频率成份和各个频率成份的频率大小；
[0124]
第一强度分布单元，用于基于频率成份和各个频率成份的频率大小确定射频场的强度分布。
[0125]
进一步地，基于以下公式对拉比振荡信号进行拟合：
[0126]
f(x)＝∑
iai
sin(bix+ci)
[0127]
式中，f(x)拉比振荡信号的正弦函数和，i为使用到的正弦函数的数量，ai为频率成分的占比，bi为频率大小，ci为相位大小。
[0128]
进一步地，强度分布模块803具体包括：
[0129]
第二结果处理单元，用于从正弦函数拟合结果中确定拉比振荡信号中的频率成份和各个频率成份的频率大小；
[0130]
第二强度分布单元，用于基于频率成份和各个频率成份的频率大小确定射频场的强度分布。
[0131]
进一步地，鲁棒控制模块804具体包括：
[0132]
偏置获取单元，用于从射频场的强度分布获取射频场不均匀分布的偏置值；
[0133]
偏置添加单元，用于在射频场的哈密顿量中添加偏置值；
[0134]
参数优化单元，用于利用grape算法在偏置后的参数空间中寻找射频场在不均匀状态下的最优参数，得到的鲁棒控制脉冲。
[0135]
本技术公开一种用于量子计算的射频场不均匀性分析装置，属于量子计算领域。本技术通过获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号，对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份，从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布，基于射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲，其中，鲁棒控制脉冲为用于控制待测样品中核自旋量子态的射频场。本技术先通过拉比振荡信号分析线圈射频场不均匀性，再利用grape算法对射频场进行参数优化，以找到一组射频场最优参数，使得待测样品中核自旋量子态在射频场强度不均匀时仍然能够实现正确的控制，提高了量子计算中控制脉冲对于射频场不均匀的鲁棒性。
[0136]
为解决上述技术问题，本技术实施例还提供计算机设备。具体请参阅图9，图9为本实施例计算机设备基本结构框图。
[0137]
所述计算机设备为量子计算机设备，可以包括操作系统、经典处理器、量子处理器和存储器。其中，操作系统是硬件资源的管理者，操作系统中具有任务调度器，可以将量子计算任务分配到量子处理器的量子比特上执行。量子处理器中具有量子芯片和测控设备，其中，量子芯片上包括多个物理量子比特，物理量子比特负责执行量子计算任务；测控设备用于对物理量子比特进行测量，得到量子计算结果。
[0138]
所述经典处理器在一些实施例中可以是中央处理器(central processing unit，cpu)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该经典处理器通常用于控制所述计算机设备的总体操作。本实施例中，所述经典处理器用于运行所述存储器中存储的计算机可读指令或者处理数据，例如运行所述用于量子计算的射频场不均匀性分析方法中的计算机可读指令。
[0139]
其中，经典处理器可以执行以下步骤：对所述拉比振荡信号进行频谱分析，得到所述拉比振荡信号的频谱成份；从所述拉比振荡信号的频谱成份中获取所述射频场的强度分布；基于所述射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲；量子处理器可以执行以下步骤：获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号。
[0140]
需要指出的是，图中仅示出了量子计算机设备的基本结构，但是应理解的是，并不
要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。例如，计算机设备还可以包括网络接口，网络接口可包括无线网络接口或有线网络接口，该网络接口通常用于在所述计算机设备与其他电子设备之间建立通信连接。其中，本技术领域技术人员可以理解，这里的计算机设备是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，除了图6中所示的结构，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)、数字处理器(digital signal processor，dsp)、嵌入式设备等。
[0141]
所述存储器至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，所述存储器可以是所述计算机设备的内部存储单元，例如该计算机设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，所述存储器也可以是所述计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。当然，所述存储器还可以既包括所述计算机设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，所述存储器可以用于存储安装于所述计算机设备的操作系统和各类应用软件，例如用于量子计算的射频场不均匀性分析方法的计算机可读指令等。此外，所述存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
[0142]
本实施例中提供的计算机设备可以执行上述用于量子计算的射频场不均匀性分析方法，此处用于量子计算的射频场不均匀性分析方法可以是上述各个实施例的用于量子计算的射频场不均匀性分析方法。
[0143]
本实施例中，本技术公开一种计算机设备，属于量子计算领域。本技术通过获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号，对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份，从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布，基于射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲，其中，鲁棒控制脉冲为用于控制待测样品中核自旋量子态的射频场。本技术先通过拉比振荡信号分析线圈射频场不均匀性，再利用grape算法对射频场进行参数优化，以找到一组射频场最优参数，使得待测样品中核自旋量子态在射频场强度不均匀时仍然能够实现正确的控制，提高了量子计算中控制脉冲对于射频场不均匀的鲁棒性。
[0144]
本技术还提供了另一种实施方式，即提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质为量子计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如上述的用于量子计算的射频场不均匀性分析方法的步骤。
[0145]
本实施例中，本技术公开一种计算机可读存储介质，属于量子计算领域。本技术通过获取待测样品在预设射频场中的拉比振荡信号，对拉比振荡信号进行频谱分析，得到拉比振荡信号的频谱成份，从拉比振荡信号的频谱成份中获取射频场的强度分布，基于射频场的强度分布和预设的grape算法计算鲁棒控制脉冲，其中，鲁棒控制脉冲为用于控制待测样品中核自旋量子态的射频场。本技术先通过拉比振荡信号分析线圈射频场不均匀性，再
利用grape算法对射频场进行参数优化，以找到一组射频场最优参数，使得待测样品中核自旋量子态在射频场强度不均匀时仍然能够实现正确的控制，提高了量子计算中控制脉冲对于射频场不均匀的鲁棒性。
[0146]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本技术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(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述的方法。
[0147]
显然，以上所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本技术专利保护范围之内。