[发明专利]用于椭圆形原子对象阱的装置、系统和方法

说明书

本公开提供了一种原子对象阱装置和其操作方法。该原子对象阱装置包括以大体上椭圆形的形状同心地形成的两个或更多个射频(RF)电极，和以大体上椭圆形的形状同心地形成的三个或更多个捕获和/或运输(TT)电极序列。该两个或更多个RF电极和该三个或更多个TT电极序列限定大体上椭圆形形状的原子对象阱。三个或更多个TT电极序列中的至少一个TT电极序列同心地设置在两个或更多个RF电极之间。每个RF电极和TT电极序列是椭圆形形状的，使得每个RF电极和TT电极序列包括两个大体上平行的纵向区域和两个跨弧环线区域，四个区域形成大体上椭圆形的形状。该方法涉及操作包括示例性原子对象阱装置的量子计算系统。

技术领域

各种实施方案涉及用于原子对象阱的装置、系统和方法。

背景技术

原子对象阱可以使用电场来将一个或多个原子对象捕获在势阱中。原 子对象可被捕获用于多个目的，这可包括例如质谱法、研究和/或控制其量 子态。捕获的原子对象(诸如捕获的离子)可以在其量子态中编码信息并 且在量子计算中充当量子位。通过所付出的努力、智慧和创新，此类先前 原子对象阱的许多缺陷通过开发根据本发明的实施方案构造的解决方案已 经被解决，本文详细描述了这些实施方案的许多示例。

发明内容

示例性实施方案提供了原子对象阱、原子对象阱装置、包括原子对象 阱装置的量子计算机、包括原子对象阱装置的量子计算机系统等。在各种 实施方案中，原子对象是原子、离子、离子晶体等。如本文所用，离子晶 体是一组原子和/或离子(例如，包括量子位原子对象和交感冷却原子对象 的离子对)。优化所提供的实施方案以支持同时捕获具有相对少量电信号 的相对大量原子对象。在示例性实施方案中，原子对象阱装置大体上是椭 圆形形状的并且具有增强的紧凑性和电连接性。例如，原子对象阱装置的 椭圆形的形状使激光束、电引线等能够在不同的且在空间上分开的区和/或 电极之间共享。

根据本公开的一方面，提供了一种原子对象阱装置。该原子对象阱装 置包括以大体上椭圆形的形状同心地形成的两个或更多个射频(RF)电 极，以及以大体上椭圆形的形状同心地形成的三个或更多个捕获和/或运输 (TT)电极序列。该两个或更多个RF电极和该三个或更多个TT电极序列 限定大体上椭圆形形状的原子对象阱。至少一个TT电极序列同心地设置在 该两个或更多个RF电极之间。每个大体上椭圆形形状的RF电极和TT电极 序列包括两个大体上平行的纵向区域和两个跨弧环线区域。在示例性实施 方案中，该三个或更多个TT电极序列中的每个TT电极序列的每个大体上 平行的纵向区域被布置成多个区，并且同心地设置在该两个或更多个RF电 极之间的该至少一个TT电极序列的每个跨弧环线区域包括被布置成三个或 更多个TT电极子组的多个TT电极。在示例性实施方案中，该三个或更多 个TT电极子组中的每个子组的TT电极彼此电连通。在示例性实施方案 中，该多个TT电极被布置成使得每隔n-1个TT电极的TT电极与一个TT 电极子组相关联，其中n大于1。

在示例性实施方案中，每个TT电极子组被配置为被独立地操作以进行 以下操作中的至少一个操作：(a)产生多个势阱，或者(b)移动势阱。 在示例性实施方案中，产生多个势阱并移动势阱被配置为使得所限定的原 子对象阱内的至少一个原子对象经由两个跨弧环线区域中的一个跨弧环线 区域从RF电极的第一纵向区域被运输到该RF电极的第二纵向区域。在示 例性实施方案中，该至少一个原子对象包括离子晶体。该离子晶体包括量 子位原子对象和交感冷却(SC)原子对象。