[发明专利]一种离子阱系统

说明书

本文公开一种离子阱系统，包括：离子阱、设置有第一光学窗口的真空腔体；其中，真空腔体上还设置有一对对称分布的第二光学窗口，第二光学窗口的中心与第一光学窗口的中心位于同一平面；其中，第一光学窗口为执行第一操作提供光学通路；第二光学窗口为执行第二操作提供光学通路；第二光学窗口大于第一光学窗口。本发明实施例通过在设置第一光学窗口的平面内，以对称方式分布设置的一对用于执行第二操作的第二光学窗口，为执行第二操作提供了光路通路，提升了第二操作执行的可行性。

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种离子阱系统。

背景技术

量子计算机主要指通过量子逻辑门操作来实现通用量子计算和量子模拟的通用设备，现阶段还处于原型机的研发测试阶段。目前，从物理上实现量子计算机的主要物理实验平台有：离子阱、超导和金刚石色心等，其基础逻辑单元是由遵守量子力学原理的量子比特组成，大量可相干操控的量子比特可以在物理上实现量子计算机。相对于传统计算机，量子计算机在解决一些特定问题时运算时间可大幅度减低，由小规模量子比特构成的量子计算机已经可以完成一些传统计算机无法实现的计算任务；因此，量子计算机未来的基础科学研究、人工智能、材料模拟、信息安全、金融市场优化与气候变化预测等方面具有广阔的应用前景；如何实现量子计算机是当前物理学和计算机信息科学等学科交叉领域的研究热点之一。囚禁于离子阱中的离子阵列作为量子比特阵列，可以在已有实验条件下实现高保真度的量子逻辑门操作。离子量子比特在相互作用控制、长相干时间、高保真度量子逻辑门操作及量子纠错等进行衡量量子计算性能的关键指标方面都有非常优秀的表现，是最有可能实现量子计算机的平台之一。

离子型量子计算机上的量子比特基本逻辑门操作，主要是通过激光或者微波来实现。离子量子比特通常都被离子阱的电势场束缚在真空环境中，降低背景气体碰撞对整个离子晶格稳定性影响。在单个离子阱中，囚禁的离子晶格将受到真空背景气体中的残余气体碰撞，影响离子晶格的稳定，使单个离子阱中可囚禁的离子量子比特数目受限。离子阱真空系统的真空度大概处于10^^-11托(Torr)量级，在该真空度下的背景气体主要成分为氢气；背景气体与离子碰撞主要分为弹性碰撞和非弹性碰撞，碰撞过程中氢分子将把自身的动能传递到离子量子比特上，离子晶格被加热而导致不稳定。提高离子晶格的稳定性一方面可以减少离子阱真空腔体内的剩余气体，可以通过包括高温除氢过程、真空元件材料选择和长时间真空烘烤等处理来降低真空腔体的出气率；另一方面可以通过降低离子阱所处的背景环境温度，降低背景气体的动能。基于上述两个方面的改进，可以降低背景气体与离子晶格的碰撞几率以及在碰撞过程中背景气体的运动速度，保证离子晶格与背景气体碰撞过程的能量交换不足以导致离子晶格被加热溶解，从而提高整个离子晶格的稳定性。

通过集成低温恒温技术，低温离子阱的真空度可以达到10^^-12Torr至10^^-13 Torr，背景环境温度在4开尔文(k)左右。通过集成低温恒温技术，单个离子阱中可囚禁的离子量子比特数目可以超过100个。在未来的量子计算领域，囚禁更多的离子量子比特，以提高低温离子阱中的离子量子比特规模，是实现离子量子计算的一个核心问题。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种离子阱系统，能够提升执行荧光收集、相干操控和独立选址等操作的可行性。

本发明实施例提供了一种离子阱系统，包括：离子阱、设置有第一光学窗口的真空腔体；其中，真空腔体上还设置有一对对称分布的第二光学窗口，第二光学窗口的中心与第一光学窗口的中心位于同一平面；

其中，所述第一光学窗口为执行第一操作提供光学通路；所述第二光学窗口为执行第二操作提供光学通路；所述第二光学窗口大于所述第一光学窗口。

在一种示例性实例中，所述第一操作包括以下一项或任意组合的操作：离子激光冷却、初态制备、拉曼操控和荧光探测。