[发明专利]离子光腔耦合系统及方法

说明书

本申请实施例提供一种离子光腔耦合系统及方法，其中，该系统包括：第一光腔、第二光腔以及包括直流电极对、接地电极对和射频电极对的离子阱系统，离子阱系统中排列有至少一个离子，至少一个离子的平衡位置所在直线且与第一光腔的两个光腔镜面垂直的直线为中心线，第二光腔与中心线具有夹角，第一光腔用于获取量子光信号并将其发送至离子阱系统中，以使该量子光信号的量子信息转移到离子阱系统的单个离子中，第二光腔用于获取离子阱系统中单个离子的量子信息。该技术方案提高了离子与光子的量子态转移效率。

技术领域

本申请涉及光电子技术领域，尤其涉及一种离子光腔耦合系统及方法。

背景技术

离子阱是联合电场和磁场来捕获带电粒子的一项技术，广泛用于质谱仪、基本物理参数测定、量子计算、量子存储、原子钟等领域。由于离子阱具有优良的量子比特性质，因而可以应用于量子信息处理中，通过建立量子网络以实现量子信息在两个甚至多个量子节点(离子阱)中无失真地传输。多离子与光腔的耦合是构建复杂量子网路和分布式量子计算的核心。因而，如何在离子系统中实现离子与光腔的强耦合是实现分布式量子计算的关键。

目前，现有的离子光腔耦合方案中，光腔沿着离子阱系统径向设置。在该方案的量子节点信息转移过程中，首先利用光腔获取量子光信号，并将离子阱系统中离子与量子光信号的相互作用保存到两个离子的纠缠态相位信息中，其次将两离子的纠缠态相位信息转化为光子的相位信息，最后光子的相位信息从光腔射出，并经过光纤信道传到远距离的另一个量子节点，实现了量子节点信息的转移。

然而，上述离子光腔耦合方案中，由于量子光信号进入光腔后，与离子相互作用的作用结果需要保存到两个离子的纠缠态相位信息中，再转化为光子的相位信息从光腔出射，离子与光子的量子态转移效率低。

发明内容

本申请提供离子光腔耦合系统及方法，用于解决现有离子光腔耦合方案中离子与光子的量子态转移效率低的问题。

本申请第一方面提供一种离子光腔耦合系统，包括：第一光腔、第二光腔，以及离子阱系统，所述离子阱系统，包括：直流电极对、接地电极对和射频电极对；

所述离子阱系统中排列有至少一个离子，所述至少一个离子的平衡位置所在直线为中心线，所述中心线与所述第一光腔的两个光腔镜面垂直；

所述第一光腔的两个光腔镜面对称分布在所述至少一个离子的两侧，所述第二光腔的两个光腔镜面分布在所述第一光腔的两个光腔镜面形成的空间中，且所述第二光腔与所述中心线具有夹角；

所述直流电极对的两个直流电极对称分布在所述第一光腔的两个光腔镜面的外侧，所述接地电极对和所述射频电极对分布在所述第一光腔的两个光腔镜面形成的空间中；

所述第一光腔用于获取量子光信号并将所述量子光信号发送至所述离子阱系统中，以使所述量子光信号的量子信息转移到所述离子阱系统的单个离子中；

所述第二光腔用于获取所述离子阱系统中所述单个离子的量子信息。

该技术方案中，量子光信号从第一光腔中进入离子阱系统，并且从第二光腔中射出，避免了用同一个光腔读入读出带来的一半损耗，提高了离子与光子的量子态转移效率。

可选的，在第一方面的一种可能实现方式中，所述第一光腔用于获取量子光信号并将所述量子光信号发送至所述离子阱系统中，以使所述量子光信号的量子信息转移到所述离子阱系统的单个离子中，包括：

所述第一光腔用于将获取到的所述量子光信号发送至所述离子阱系统中，使所述量子光信号被所述至少一个离子吸收，所述量子光信号的量子信息依次转移到所述至少一个离子的集体激发态和整体谐振模激发态中，再从所述整体谐振模激发态中转移到所述离子阱系统的单个离子的激发态中。