[发明专利]光束递送系统

说明书

本发明提供了一种用于量子计算应用的新型光束递送系统，该光束递送系统包括芯片上的光束递送光子集成电路和光中继器组件。该芯片上的光束递送光子集成电路可包含一个或多个层，并且层可包含连接一个或多个输出的一个或多个输入。该光中继器组件从来自该光束递送光子集成电路的层的一个或多个输出接收一个或多个光束。该光中继器组件将每个所接收的光束聚焦在原子对象约束装置的对应位置上。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月10日提交的美国临时专利申请63/037,482的优先权和权益，该临时专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

各种实施方案涉及光束递送系统，并且具体地涉及用于量子计算应用的具有光束递送光子集成电路的光束递送系统。

背景技术

在各种原子系统中，重要的是能够以精确的间距和模式分布将激光束递送到密集的一维或多维原子系统阵列。例如，捕获离子量子计算使用激光束来完成捕获离子量子计算机内的各种功能。此类应用需要在位置、间距、模式分布、偏振、频率和相位方面将激光精确而且准确地递送到离子阱。

发明内容

示例性实施方案提供了用于量子计算应用的光束递送元件。

根据一个方面，提供了一种光束递送光子集成电路。在示例性实施方案中，光束递送系统包括：光束递送光子集成电路，该光束递送光子集成电路包括：一个或多个光学输入；多个波导输出，其中该多个波导输出中的每个波导输出是锥形的；多个光束路径，每个光束路径将该多个波导输出中的一个波导输出连接到该一个或多个光学输入中的至少一个光学输入，其中该光束递送光子集成电路位于芯片上，和光中继器组件，该光中继器组件被配置为接收由该多个波导输出中的至少两个波导输出提供的光束，并且将每个所接收的光束聚焦在原子对象约束装置的多个位置中的对应位置上。

在另一个示例性实施方案中，该多个光束路径中的一个或多个光束路径包括被配置为针对频率、相位或强度中的至少一者来调谐光束的光学元件。

在另一个示例性实施方案中，该多个波导输出中的至少一个波导输出被引导到光电探测器。

在另一个示例性实施方案中，该多个光束路径以光刻方式限定。

在另一个示例性实施方案中，该多个波导输出位于该光束递送光子集成电路的抛光边缘上。

在另一个示例性实施方案中，每个波导输出位于该光束递送光子集成电路的一侧上并且彼此平行。

在另一个示例性实施方案中，该多个波导输出中的每个波导输出与该多个波导输出中的下一个最近的波导输出相距最多150微米。

在另一个示例性实施方案中，光学输入端面耦合到提供输入光束的光纤。

在另一个示例性实施方案中，一种光束递送系统包括：光束递送光子集成电路，该光束递送光子集成电路包括第一波导层和第二波导层，第一波导层包括：第一光学输入；多个第一波导输出，其中该多个第一波导输出是锥形的；多个第一光束路径，每个第一光束路径将该多个第一波导输出中的一个第一波导输出连接到第一光学输入，第二波导层包括：第二光学输入；多个第二波导输出，其中该多个第二波导输出是锥形的；多个第二光束路径，每个第二光束路径将该多个第二波导输出中的一个第二波导输出连接到第二光学输入，其中该光束递送光子集成电路位于芯片上，光中继器组件，该光中继器组件被配置为接收由该多个第一波导输出中的至少一个第一波导输出和该多个第二波导输出中的至少一个第二波导输出提供的光束，并且该光中继器组件被进一步配置为将每个所接收的光束聚焦在原子对象约束装置的对应的多个位置上。

在另一个示例性实施方案中，该多个第一波导输出或该多个第二波导输出中的一个或多个波导输出被引导到光电探测器。