离子光腔耦合系统及方法技术方案

本申请实施例提供一种离子光腔耦合系统及方法，其中，该系统包括：第一光腔、第二光腔以及包括直流电极对、接地电极对和射频电极对的离子阱系统，离子阱系统中排列有至少一个离子，至少一个离子的平衡位置所在直线且与第一光腔的两个光腔镜面垂直的直线为中心线，第二光腔与中心线具有夹角，第一光腔用于获取量子光信号并将其发送至离子阱系统中，以使该量子光信号的量子信息转移到离子阱系统的单个离子中，第二光腔用于获取离子阱系统中单个离子的量子信息。该技术方案提高了离子与光子的量子态转移效率。

Coupling system and method of ion cavity

【技术实现步骤摘要】
离子光腔耦合系统及方法
本申请涉及光电子
，尤其涉及一种离子光腔耦合系统及方法。
技术介绍
离子阱是联合电场和磁场来捕获带电粒子的一项技术，广泛用于质谱仪、基本物理参数测定、量子计算、量子存储、原子钟等领域。由于离子阱具有优良的量子比特性质，因而可以应用于量子信息处理中，通过建立量子网络以实现量子信息在两个甚至多个量子节点(离子阱)中无失真地传输。多离子与光腔的耦合是构建复杂量子网路和分布式量子计算的核心。因而，如何在离子系统中实现离子与光腔的强耦合是实现分布式量子计算的关键。目前，现有的离子光腔耦合方案中，光腔沿着离子阱系统径向设置。在该方案的量子节点信息转移过程中，首先利用光腔获取量子光信号，并将离子阱系统中离子与量子光信号的相互作用保存到两个离子的纠缠态相位信息中，其次将两离子的纠缠态相位信息转化为光子的相位信息，最后光子的相位信息从光腔射出，并经过光纤信道传到远距离的另一个量子节点，实现了量子节点信息的转移。然而，上述离子光腔耦合方案中，由于量子光信号进入光腔后，与离子相互作用的作用结果需要保存到两个离子的纠缠态相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子光腔耦合系统，其特征在于，包括：第一光腔、第二光腔，以及离子阱系统，所述离子阱系统，包括：直流电极对、接地电极对和射频电极对；/n所述离子阱系统中排列有至少一个离子，所述至少一个离子的平衡位置所在直线为中心线，所述中心线与所述第一光腔的两个光腔镜面垂直；/n所述第一光腔的两个光腔镜面对称分布在所述至少一个离子的两侧，所述第二光腔的两个光腔镜面分布在所述第一光腔的两个光腔镜面形成的空间中，且所述第二光腔与所述中心线具有夹角；/n所述直流电极对的两个直流电极对称分布在所述第一光腔的两个光腔镜面的外侧，所述接地电极对和所述射频电极对分布在所述第一光腔的两个光腔镜面形成的空间中；/n所述第...

【技术特征摘要】
1.一种离子光腔耦合系统，其特征在于，包括：第一光腔、第二光腔，以及离子阱系统，所述离子阱系统，包括：直流电极对、接地电极对和射频电极对；
所述离子阱系统中排列有至少一个离子，所述至少一个离子的平衡位置所在直线为中心线，所述中心线与所述第一光腔的两个光腔镜面垂直；
所述第一光腔的两个光腔镜面对称分布在所述至少一个离子的两侧，所述第二光腔的两个光腔镜面分布在所述第一光腔的两个光腔镜面形成的空间中，且所述第二光腔与所述中心线具有夹角；
所述直流电极对的两个直流电极对称分布在所述第一光腔的两个光腔镜面的外侧，所述接地电极对和所述射频电极对分布在所述第一光腔的两个光腔镜面形成的空间中；
所述第一光腔用于获取量子光信号并将所述量子光信号发送至所述离子阱系统中，以使所述量子光信号的量子信息转移到所述离子阱系统的单个离子中；
所述第二光腔用于获取所述离子阱系统中所述单个离子的量子信息。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光腔用于获取量子光信号并将所述量子光信号发送至所述离子阱系统中，以使所述量子光信号的量子信息转移到所述离子阱系统的单个离子中，包括：
所述第一光腔用于将获取到的所述量子光信号发送至所述离子阱系统中，使所述量子光信号被所述至少一个离子吸收，所述量子光信号的量子信息依次转移到所述至少一个离子的集体激发态和整体谐振模激发态中，再从所述整体谐振模激发态中转移到所述离子阱系统的单个离子的激发态中。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二光腔用于获取所述离子阱系统中所述单个离子的量子信息，包括：
所述第二光腔用于通过激光定位所述离子阱系统中的所述单个离子，获取所述单个离子的量子信息。


4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，在所述离子阱系统中，所述第一光腔与所述至少一个离子中任一个离子的耦合强度、所述第二光腔与所述至少一个离子中任一个离子的耦合强度均用g0表示，所述g0通过如下公式表示：



其中，c为光速，L为所述第一光腔或所述第二光腔的长度，ω0为所述第一光腔或所述第二光腔的束腰半径，λ为量子光信号的波长，γ为离子的自发辐射率。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一光腔与所述离子阱系统中的所有离子的总耦合强度gN用如下公式表示：



其中，所述N为所述离子阱系统中离子的总数量。


6.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述第一光腔的第一光腔镜面和所述第二光腔的第一光腔镜面均镀第一反射膜，所述第一光腔的第二光腔镜面和所述第二光腔的第二光腔镜面均镀第二反射膜，所述第一反射膜的反射率介于第一预设范围内，所述第二反射膜的反射率介于第二预设范围内，所述第一预设范围的最大值小于所述第二预设范围的最小值。


7.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述第二光腔的两个光腔镜面与所述中心线的距离相同，所述接地电极对的两个接地电极与所述射频电极对的两个射频电极对称分布在所述中心线的两侧，所述直流电极对的两个直流电极的连线与所述中心线平行。


8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接地电极对中的接地电极和相邻的射频电极之间具有夹角，所述夹角大于0度且小于180度；
所述第二光腔的两个光腔镜面以所述中心线为中心对称分布，所述第二光腔的一个光腔镜面位于所述接地电极和相邻射频电极形成的夹角中，所述第二光腔的另一个光腔镜面位于另一个接地电极与相邻的另一个射频电极形成的夹角中。


9.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，在所述离子阱系统中的离子数量为至少两个时，所述第一光腔的束腰半径大于所述至少两个离子中相邻两个离子的间距，所述第二光腔的束腰半径小于或等于所述至少两个离子中相邻两个离子的间距。


10.一种离子光腔耦合方法，其特征在于，适用于离子光腔耦合系统，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹冬阳，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44