[发明专利]使用局部模式快速冷却长链中的离子运动

说明书

本公开的各方面描述了使用局部运动模式快速冷却长链中的离子运动的技术。例如，描述了一种用于冷却离子链中的离子的方法，该方法包括执行冷却序列，其中通过激发和去激发与单个离子相关联的局部运动模式来从离子链中的离子去除声子，其中对于同一离子链的局部运动模式相比于集体运动模式，作为所述冷却序列的一部分的边带跃迁被更快地驱动；以及当所述局部运动模式达到基态时完成所述冷却序列。还描述了一种用于使用局部运动模式快速冷却长链中的离子运动的相应系统和计算机可读存储介质。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年10月13日提交的题为“FAST COOLING OF ION MOTION IN ALONG CHAIN USING LOCAL MODES”的美国非临时申请No.17/069,120和于2019年11月1日提交的题为“FAST COOLING OF ION MOTION IN A LONG CHAIN USING LOCAL MODES”的美国临时申请No.62/929,374的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的各方面总体上涉及链中离子的冷却，更具体地，涉及使用局部模式对长链中的离子运动进行快速冷却。

背景技术

诸如囚禁离子量子计算机或量子信息处理(QIP)系统中使用的囚禁离子链的所有集体运动模式的冷却对于可靠的高保真量子比特操作是必要的。冷却过程通常是通过相干驱动运动边带跃迁以从这些集体运动模式中的每一个中去除运动激发或声子来实现的。这需要以足够慢的速度驱动边带跃迁，以便可以单独解决每个集体运动模式，而无需在同时冷却它们时激发相邻的集体运动模式。随着囚禁离子处理器尺寸的增加，即随着链中量子比特或离子数量的增加，集体运动模式的边带冷却过程需要更长的时间才能实现链的所有集体运动模式的冷却。由于囚禁离子的竞争的发热速度，这可能阻碍实现每个集体运动模式的运动基态，冗长的边带冷却过程导致不希望的模式再发热。

因此，希望设计出冷却囚禁离子链的集体运动的替代方法，该方法减少该过程的总持续时间。

发明内容

下面给出一个或多个方面的简化总结来提供对这些方面的基本理解。该总结不是对所有预期方面的广泛概述，并且既不旨在识别所有方面的必要或关键要素，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其唯一目的是以简化形式给出一个或多个方面的一些概念，作为稍后给出的更详细描述的序言。

在本公开的一个方面，描述了一种用于冷却离子链中的离子的方法，该方法包括执行冷却序列，其中通过激发和去激发与单个离子相关联的局部运动模式来从所述离子链中的离子去除声子，其中对于同一离子链的局部运动模式相比于集体运动模式，作为所述冷却序列的一部分的边带跃迁被更快地驱动。该方法还包括当所述局部运动模式达到基态时完成所述冷却序列。

在本公开的另一方面，描述了一种用于冷却离子链中的离子的系统，该系统包括光学控制器，所述光学控制器被配置为执行冷却序列，其中通过激发和去激发与单个离子相关联的局部运动模式来从所述离子链中的离子去除声子，其中对于同一离子链的局部运动模式相比于集体运动模式，作为所述冷却序列的一部分的边带跃迁被更快地驱动。所述光学控制器还被配置为当所述局部运动模式达到基态时完成所述冷却序列。

在本公开的又一方面，描述了一种计算机可读存储介质，其被配置为存储可由处理器执行的代码，所述计算机可读存储介质包括用于执行冷却序列的代码，其中通过激发和去激发与单个离子相关联的局部运动模式来从所述离子链中的离子去除声子，其中对于同一离子链的局部运动模式相比于集体运动模式，作为所述冷却序列的一部分的边带跃迁被更快地驱动。所述计算机可读存储介质还包括用于当所述局部运动模式达到基态时完成所述冷却序列的代码。

为了实现前述和相关目的，所述一个或多个方面包括在下文中充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了所述一个或多个方面的某些说明性特征。然而，这些特征仅表示可以采用各个方面的原理的各种方式中的几种，并且本描述旨在包括所有这些方面及其等同物。