[发明专利]一种激光寻址装置、方法及囚禁粒子的系统

说明书

本申请公开了一种激光寻址装置、方法及囚禁粒子的系统，可降低对聚焦透镜的要求及成本，提高可扩展性，从而可满足对更多粒子的激光寻址。该装置包括：第一激光产生模块，用于产生移频光，将移频光发射至第一聚焦模块；第一聚焦模块，用于对接收到的移频光进行聚焦处理，并将聚焦后的移频光发射至系统中以目标粒子为中心的多个粒子上；多个粒子被移频光照射后发生不同的频率偏移；第二激光产生模块，用于产生调控光，将调控光发射至第二激光控制模块；第二激光控制模块，用于对调控光的频率进行调控，采用扫频光方式发射至系统中的目标粒子上；扫频光为以目标粒子发生频率偏移之前的原始频率为基准，在指定频率范围内变化的调控光。

技术领域

本申请涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种激光寻址装置、方法及囚禁粒子的系统。

背景技术

在目前的量子计算和量子模拟领域中，离子阱系统是常用的实验平台之一。离子阱系统是在超高真空环境下，通过使用特定形状的电极制造射频和静电场，从而利用电场束缚囚禁带电离子的技术。离子受到电场的束缚，会被稳定囚禁在离子阱的中心区域，并且有规律地排列为一维离子链(如图1所示，离子在真空腔下，可以排列为一维离子链的离子结构)或者二维离子晶格(图1未示出)、甚至更高维度的离子结构。

离子通常具有多个能级，一般可以从多个能级中，选择某一对特定的上下能级作为量子比特两种的状态，即|0或者|1(狄拉克符号)。例如，参阅图2，为一种离子能级的示意图。通过使用特定频率的激光可以使离子进行能级跃迁，比如，由下能级跃迁至上能级。也就是说，通过使用特定频率的激光照射离子，可以实现离子的量子比特在|0、|1两种状态之间的翻转操作。实际应用中，若要实现操纵离子链或者离子晶体中某一个特定离子的量子比特状态，需要通过激光寻址技术使激光能且仅能影响一个特定离子。

相关技术中存在的激光寻址方法，一般为先使激光通过具有强聚焦作用的透镜组，将激光的光斑聚焦到较小的水平，使激光光斑直径小于两个离子的间距。然后通过调节激光的传输方向，使激光的光斑中心与某个特定离子的位置重合，就可以保证激光只会照射到这一个离子，而不会影响到与其相邻的离子。然而，目前的激光寻址受限于强聚焦作用的要求，存在对聚焦透镜要求较高、成本较高以及由于工作视场较小导致可扩展性差等问题。

发明内容

本申请实施例提供一种激光寻址装置、方法及囚禁粒子的系统，可以降低对聚焦透镜的要求及其成本，提高可扩展性，从而可以满足对更多粒子(粒子例如可以为原子或离子)的激光寻址。

第一方面，本申请实施例提供一种激光寻址装置，应用于囚禁粒子的系统(例如离子阱系统或原子阱系统等)，包括：第一激光产生模块、第一聚焦模块、第二激光产生模块以及第二激光控制模块；所述第一激光产生模块，用于产生移频光，将所述移频光发射至所述第一聚焦模块；所述第一聚焦模块，用于对接收到的所述移频光进行聚焦处理，并将聚焦后的所述移频光发射至所述系统中以目标粒子为中心的多个粒子上；其中，所述多个粒子被所述移频光照射后发生不同的频率偏移；所述第二激光产生模块，用于产生调控光，将所述调控光发射至所述第二激光控制模块；所述第二激光控制模块，用于对所述调控光的频率进行调控，采用扫频光方式发射至所述系统中的所述目标粒子上；其中，所述扫频光为以所述目标粒子发生频率偏移之前的原始频率为基准，在指定频率范围内变化的调控光。