本發(fā)明涉及一種用于處理量子傳感器的量子傳感器信號的方法以及一種具有量子傳感器的測量分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、具有量子傳感器的測量分析系統(tǒng)是已知的，其中量子傳感器利用量子系統(tǒng)的特殊特性，諸如交錯或干涉，以便實(shí)現(xiàn)比利用傳統(tǒng)經(jīng)典傳感器可能實(shí)現(xiàn)的更高的精度。

2、這樣的量子傳感器尤其是在探測外部物理參量、尤其是電場或磁場時(shí)被使用，其中利用量子態(tài)對環(huán)境影響的敏感性。

3、在此使用量子傳感器的疊加態(tài)并且使用疊加態(tài)的影響，以便推斷出外部物理參量。在測量時(shí)可以減少量子傳感器的疊加態(tài)，并且可以推斷出外部物理參量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在現(xiàn)有技術(shù)的背景下，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種用于處理量子傳感器的量子傳感器信號的改善的方法以及一種具有量子傳感器的改善的測量分析系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的該任務(wù)利用具有在權(quán)利要求1中說明的特征的方法以及利用具有在權(quán)利要求7中說明的特征的測量分析系統(tǒng)以及利用具有在權(quán)利要求15中說明的特征的核磁共振斷層攝影裝置、制造裝置和維護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)方案在所屬的從屬權(quán)利要求、以下描述和附圖中予以說明。

3、在根據(jù)本發(fā)明的用于處理至少一個(gè)量子傳感器的量子傳感器信號的方法的情況下，借助于至少一個(gè)量子傳感器獲得至少一個(gè)量子物理疊加態(tài)形式的至少一個(gè)量子傳感器信號，并且該至少一個(gè)疊加態(tài)在無先前還原的情況下借助于量子信息處理被處理。

4、在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，因此不像先前常見的那樣至少一個(gè)量子傳感器的量子傳感器信號首先被測量并且因此被還原，而是至少一個(gè)量子傳感器信號被保持為量子物理疊加態(tài)并且在無處于中間的測量的情況下、也即在無先前還原量子物理疊加態(tài)的情況下可供量子信息處理使用。借助于根據(jù)本發(fā)明的方法，因此特殊的量子特性、諸如疊加態(tài)的相對相位信息或至少一個(gè)疊加態(tài)的交錯、例如至少一個(gè)量子傳感器信號的多個(gè)量子位的交錯可以被使用用于進(jìn)行量子信息處理。借助于根據(jù)本發(fā)明的方法，因此不僅僅借助于至少一個(gè)量子傳感器的改善的探測是可能的，而且同時(shí)對至少一個(gè)量子傳感器信號的改善的量子信息處理也是可能的。因此，可以更快地并且定性地改善地進(jìn)行數(shù)據(jù)評估。量子輔助分析方法同樣可以有利地在量子信息處理時(shí)直接被使用。因?yàn)檫@樣的量子輔助分析方法通常需要至少一個(gè)量子物理疊加態(tài)形式的輸入數(shù)據(jù)，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述輸入數(shù)據(jù)有利地已經(jīng)可以以至少一個(gè)量子傳感器的至少一個(gè)量子傳感器信號的形式可供使用。因此，在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下有利地不必要將經(jīng)典信號以耗費(fèi)的方式編碼成量子物理疊加態(tài)。

5、不言而喻，在根據(jù)本發(fā)明的方法的意義上使用的這樣的量子傳感器優(yōu)選地被構(gòu)造為使得外部物理參量、即優(yōu)選地不表征量子傳感器或量子傳感器的疊加態(tài)的參量可以借助于疊加態(tài)被測量。因此，量子傳感器被構(gòu)造和設(shè)立為使得根據(jù)本發(fā)明使用的量子傳感器因此不主要被設(shè)計(jì)用于測量量子傳感器的狀態(tài)本身，而是提供疊加態(tài)，所述疊加態(tài)借助于還原該疊加態(tài)使外部物理參量、即量子傳感器的測量參量變得可測量。

6、在本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的改進(jìn)方案中，外部物理參量不能被理解為無意的噪聲影響。更確切地，量子傳感器特別是被設(shè)立用于與應(yīng)該利用量子傳感器檢測的外部物理參量耦合和/或?yàn)榱吮苊馀c外部物理參量不相同的參量的影響而特別是被隔離、尤其是被屏蔽。

7、不言而喻，根據(jù)本發(fā)明使用的量子傳感器是指提供與外部物理參量有關(guān)的量子傳感器信號的量子傳感器。而借助于還原量子物理疊加態(tài)來評估量子傳感器信號并且與量子傳感器一起構(gòu)成測量設(shè)備的評估電路不是或至少不必要是根據(jù)發(fā)明使用的量子傳感器的一部分。

8、適宜地，量子傳感器特別是被構(gòu)造和設(shè)立、尤其是配置用于檢測外部物理參量。

9、適宜地，借助于量子位實(shí)現(xiàn)量子物理疊加態(tài)。量子位優(yōu)選地利用離子阱、晶體缺陷尤其是在金剛石晶體中和/或作為超導(dǎo)量子位被構(gòu)成。

10、在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，在一種優(yōu)選的改進(jìn)方案中，量子信息處理包括數(shù)據(jù)分析，尤其是量子機(jī)器學(xué)習(xí)(quantum?machine?leming)和/或量子圖像處理(quantumimage?processing)。通過這種方式，可以借助于量子輔助數(shù)據(jù)分析容易地分析量子傳感器信號。尤其是，在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，量子傳感器信號可以以非常直接的方式可供評估方法、諸如量子機(jī)器學(xué)習(xí)和/或量子圖像處理使用，使得先前不可用的或僅以耗費(fèi)的方式可用的復(fù)雜評估方法現(xiàn)在可用于量子傳感器。

11、在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，量子信息處理優(yōu)選地不是僅限于借助于所述至少一個(gè)量子傳感器的探測。因此，在本發(fā)明的該改進(jìn)方案中量子信息處理是狹義上的實(shí)際量子邏輯量子信息處理，即是借助于量子邏輯過程進(jìn)行的量子信息處理。

12、在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況下，所述量子信息處理優(yōu)選地包括應(yīng)用量子邏輯運(yùn)算，尤其是應(yīng)用量子邏輯門和/或量子傅立葉變換。

13、特別優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種有利改進(jìn)方案中，所述量子邏輯運(yùn)算充分利用至少一個(gè)量子門通用集，即量子門通用集合，也即量子信息處理使用通用集的每個(gè)量子門至少一次。

14、在該方法的情況下，在本發(fā)明的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案中，至少一個(gè)量子傳感器信號的至少一個(gè)疊加態(tài)被存儲，尤其是被存儲在至少一個(gè)被構(gòu)造為量子存儲器的量子寄存器中。在本發(fā)明的該改進(jìn)方案中，量子傳感器信號不必一直由至少一個(gè)量子傳感器保持，直到借助于量子信息處理進(jìn)一步處理量子傳感器信號。代替地，可以存儲量子傳感器信號，使得至少一個(gè)量子傳感器可以已經(jīng)準(zhǔn)備好用于檢測新的量子傳感器信號。因此，至少一個(gè)量子傳感器的檢測速率與用于量子信息處理的量子傳感器信號的使用無關(guān)，并且有利地不受限制。

15、在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案中，借助于二態(tài)或多態(tài)系統(tǒng)來執(zhí)行量子信息處理，所述二態(tài)或多態(tài)系統(tǒng)不同于量子傳感器為了實(shí)現(xiàn)其量子傳感器信號而使用的二態(tài)或多態(tài)系統(tǒng)。因此，對于量子傳感器和對于量子信息處理使用不同的架構(gòu)、尤其是不同的硬件架構(gòu)。

16、根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)具有至少一個(gè)量子傳感器，所述量子傳感器被設(shè)立用于提供量子物理疊加態(tài)形式的至少一個(gè)量子傳感器信號，以及具有量子計(jì)算機(jī)，所述量子計(jì)算機(jī)具有量子寄存器和用于對量子寄存器進(jìn)行量子信息處理的量子邏輯裝置。在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的情況下，疊加態(tài)形式的至少一個(gè)量子傳感器信號可以在無先前還原的情況下被轉(zhuǎn)變成量子寄存器的疊加態(tài)，或者量子傳感器信號在無先前還原的情況下構(gòu)成量子寄存器的疊加態(tài)。

17、在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的情況下，因此不像迄今常見的那樣，獲得至少一個(gè)量子傳感器的經(jīng)典測量信號，并且隨后將經(jīng)典測量信號編碼成量子物理疊加態(tài)，然后又將所述量子物理疊加態(tài)傳送給量子邏輯裝置。代替地，可以直接執(zhí)行至少一個(gè)量子傳感器信號的量子信息處理，即無需事先還原處于疊加態(tài)中的量子傳感器信號。利用根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)，因此可以有利地簡單地執(zhí)行如上所述的根據(jù)本發(fā)明的方法。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)具有已經(jīng)針對根據(jù)本發(fā)明的方法描述的優(yōu)點(diǎn)。

18、在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的情況下，量子寄存器優(yōu)選地是量子存儲器。借助于量子存儲器、尤其是q-ram，可以有利地中間存儲量子傳感器的狀態(tài)，使得至少一個(gè)量子傳感器不必一直維持量子傳感器狀態(tài)直到量子邏輯裝置處理量子傳感器信號為止。代替地，可以將至少一個(gè)量子傳感器再次置于準(zhǔn)備測量的運(yùn)行狀態(tài)，使得可以借助于至少一個(gè)量子傳感器來實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。因此，至少一個(gè)量子傳感器的運(yùn)行不受限于通過量子邏輯裝置使至少一個(gè)量子傳感器信號減少，而是還可以逐步地檢測多個(gè)量子傳感器信號并且將其共同地借助于量子存儲器形式的多個(gè)量子寄存器輸送給量子邏輯裝置。在該改進(jìn)方案中，在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的情況下因此也可以實(shí)現(xiàn)量子信息處理的復(fù)雜量子邏輯方法。

19、在本發(fā)明的一種合適的改進(jìn)方案中，在測量分析系統(tǒng)的情況下，至少一個(gè)量子傳感器信號可以借助于狀態(tài)轉(zhuǎn)移和/或借助于量子位轉(zhuǎn)移、尤其是借助于粒子轉(zhuǎn)移和/或借助于準(zhǔn)粒子轉(zhuǎn)移和/或借助于場轉(zhuǎn)移和/或借助于晶體缺陷轉(zhuǎn)移或借助于一個(gè)或多個(gè)離子阱的轉(zhuǎn)移或借助于量子傳感器信號與量子寄存器的交互作用被轉(zhuǎn)變。以這種方式，可以簡單地將量子傳感器信號或者量子傳感器信號的疊加態(tài)輸送給量子邏輯裝置用于進(jìn)行進(jìn)一步量子信息處理。

20、在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的情況下，量子信息處理優(yōu)選地包括數(shù)據(jù)分析，尤其是量子機(jī)器學(xué)習(xí)和/或量子圖像處理。尤其是在量子機(jī)器學(xué)習(xí)和/或量子圖像處理的情況下，可以容易地實(shí)現(xiàn)由量子傳感器提供的量子物理疊加態(tài)的直接量子信息處理的根據(jù)本發(fā)明可能的優(yōu)點(diǎn)。

21、在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的一種有利的改進(jìn)方案中，量子信息處理優(yōu)選地不是僅限于借助于所述量子傳感器的探測，即量子信息處理實(shí)際上不僅僅是對借助于至少一個(gè)量子傳感器檢測的測量參量的改善的確定。代替地，在該改進(jìn)方案中，至少一個(gè)量子傳感器信號被處理為使得量子信息處理的處理結(jié)果超出僅僅借助于至少一個(gè)量子傳感器信號的改善的探測。因此，將該至少一個(gè)量子傳感器信號特別優(yōu)選地與其他參量或信號相關(guān)聯(lián)成新的信息。

22、在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的情況下，量子邏輯裝置包括量子邏輯門的裝置和/或序列和/或用于執(zhí)行量子傅立葉變換的裝置。因此，在本發(fā)明的該改進(jìn)方案中，量子信息處理的復(fù)雜算法可用。

23、特別優(yōu)選地，在測量分析系統(tǒng)的情況下，量子邏輯裝置可被配置用于形成至少一個(gè)通用量子門集的每個(gè)量子門，即量子邏輯裝置可以被配置用于至少一次使用通用集的每個(gè)量子門。測量分析系統(tǒng)的量子邏輯裝置適宜地被設(shè)立為可配置用于使用通用集的每個(gè)量子門。以這種方式，借助于根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)，可以實(shí)施量子信息處理的多個(gè)不同的、基本上任意的、尤其是任意復(fù)雜的算法。

24、在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的一種有利的改進(jìn)方案中，量子邏輯裝置具有通用量子門集的每個(gè)量子門，例如如在先前改進(jìn)方案中描述的通用集或與之不同的通用集的每個(gè)量子門至少一次。在本發(fā)明的該改進(jìn)方案中，因此可以在量子邏輯裝置的情況下實(shí)現(xiàn)量子信息處理的足夠復(fù)雜的算法。

25、在根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)的一種優(yōu)選的改進(jìn)方案中，量子寄存器和/或量子邏輯裝置包括二態(tài)或多態(tài)系統(tǒng)，所述二態(tài)或多態(tài)系統(tǒng)與量子傳感器使用用于提供量子傳感器信號的二態(tài)或多態(tài)系統(tǒng)不同。因此，對于量子傳感器和對于量子計(jì)算機(jī)使用不同的架構(gòu)、尤其是不同的硬件架構(gòu)。

26、根據(jù)本發(fā)明的核磁共振斷層攝影裝置和/或根據(jù)本發(fā)明的制造裝置和/或根據(jù)本發(fā)明的維護(hù)裝置和/或根據(jù)本發(fā)明的物流裝置分別被設(shè)立用于執(zhí)行如上所述的根據(jù)本發(fā)明的方法和/或具有如上所述的根據(jù)本發(fā)明的測量分析系統(tǒng)。

27、在根據(jù)本發(fā)明的核磁共振斷層攝影裝置的情況下，量子邏輯裝置優(yōu)選地被構(gòu)造用于對核磁共振信號進(jìn)行量子信息處理。然而，在根據(jù)本發(fā)明的制造裝置的情況下，量子邏輯裝置優(yōu)選地被構(gòu)造用于對制造信號、尤其是對在制造時(shí)出現(xiàn)的并且特別優(yōu)選地被使用用于適配制造過程的反饋信號進(jìn)行量子信息處理。在根據(jù)本發(fā)明的維護(hù)裝置的情況下，量子邏輯裝置優(yōu)選地被構(gòu)造用于對維護(hù)信號、例如對關(guān)于待維護(hù)的對象的狀態(tài)的維護(hù)信號進(jìn)行量子信息處理。在根據(jù)本發(fā)明的物流裝置的情況下，量子邏輯裝置適宜地被構(gòu)造用于對物流信號進(jìn)行量子信息處理。