量子D状态AC-Stark位移门制造技术

本发明专利技术题为“量子D状态AC‑Stark位移门”。本发明专利技术公开了一种量子计算D状态AC‑Stark位移门系统，该系统包括至少一个门操纵源和被捕集在离子捕集器中的一个或多个离子。至少一个门操纵源被配置为生成第一门操纵信号和第二门操纵信号。第一门操纵信号和第二门操纵信号在一组S状态和一组D状态之间耦合离子。第一门操纵信号和第二门操纵信号将力施加到一个或多个离子中的离子，力取决于离子的内部状态。第一门操纵信号和第二门操纵信号被配置为在不会明显地改变一组S状态内的离子的群体的情况下将离子的内部状态耦合到该离子的运动状态。

【技术实现步骤摘要】
量子D状态AC-Stark位移门
本文所述的实施方案整体涉及量子计算。例如，各种实施方案涉及基于激光的量子逻辑门。
技术介绍
量子计算可用于执行高级计算处理。量子逻辑门(例如，受控的NOT门、Hadamard门等)可用于提供可靠且容错的量子计算。捕集离子量子计算机中的量子逻辑门的操作通常需要使用高输入功率来操作的激光器或者以技术上具有挑战性、困难或以其他方式不便的(例如，小)波长操作的激光器。这些要求使得快速且可靠的量子门难以实现，这在一些示例中可能妨碍可伸缩性。通过所付努力、智慧和创新，根据本专利技术的实施方案被结构化的开发解决方案已经解决了此类系统的许多缺陷，本文详细描述了这些解决方案的许多示例。
技术实现思路
示例性实施方案提供用于执行D状态AC-Stark位移门操作的方法以及被配置用于执行D状态AC-Stark位移门操作的量子计算机、系统和/或装置。根据一个方面，提供了量子计算D状态AC-Stark位移门系统。在一个示例性实施方案中，该系统包括第一门操纵源，该第一门操纵源被配置为生成处于第一激光波长的第一门操纵信号；第二门操纵源，该第二门操纵源被配置为生成处于第二激光波长的第二门操纵信号；离子捕集器；以及被捕集在该离子捕集器内的一个或多个离子。第一门操纵信号和第二门操纵信号各自被配置为耦合该一个或多个离子的一组S状态(例如，量子位空间的状态)和该一个或多个离子的一组D状态。第一门操纵信号和第二门操纵信号被配置为将力施加到该一个或多个离子中的离子，该力取决于该离子的内部状态。第一门操纵信号和第二门操纵信号被配置为在不会明显地改变该一组S状态内的该一个或多个离子的群体的情况下将该一个或多个离子的内部状态耦合到该一个或多个离子的运动状态。此处，在不明显地改变该一组S状态内的离子群体的情况下意指由激光耦合引起的该一组S状态组内的状态之间的群体转移将是完全可忽略的，并且具体地讲将远低于由于在门期间D状态的自发衰减引起的所述S状态之间的群体转移(已低于10-4的水平)。在一个示例性实施方案中，该系统包括磁场发生设备以生成磁场。在一个示例性实施方案中，第二门操纵信号在不平行于第一门操纵信号的方向上传播。在一个示例性实施方案中，第二门操纵信号在大致垂直于第一门操纵信号的方向上传播。在一个示例性实施方案中，第一门操纵信号被偏振为具有第一取向；并且第二门操纵信号被偏振为具有基本上垂直于第一取向的第二取向，其中该偏振位于由这两个门操纵信号的传播方向限定的平面内。在一个示例性实施方案中，第一门操纵信号在平面中被偏振为具有第一取向；并且第二门操纵信号在该平面外被偏振为具有基本上垂直于第一取向的第二取向，其中该平面由这两个门操纵信号的传播方向限定。在一个示例性实施方案中，第二门操纵信号在与第一门操纵信号大致相反的方向上传播。在一个示例性实施方案中，第二门操纵信号在大致平行于第一门操纵信号的方向上传播。在一个示例性实施方案中，第一门操纵信号和第二门操纵信号为常用门操纵信号的调制。在一个示例性实施方案中，第一门操纵源被配置为在S状态的子集和D状态的子集之间非共振地耦合离子，并且第二门操纵源被配置为在S状态的所述子集和D状态的所述子集之间非共振地耦合离子。在一个示例性实施方案中，第一激光波长为第一可见光谱激光波长，并且第二激光波长为第二可见光谱激光波长。在一个示例性实施方案中，第一激光波长为第一红外光谱或紫外光谱激光波长，并且第二激光波长为第二红外光谱或紫外光谱激光波长。在一个示例性实施方案中，第一激光波长和第二激光波长在该一组D状态的超细流形外失谐。在一个示例性实施方案中，第一激光波长和第二激光波长在该一组D状态的超细流形内失谐。在一个示例性实施方案中，第一激光波长和第二激光波长在该一组D状态的超细流形内对称地失谐。在一个示例性实施方案中，该一个或多个离子包括镱-171，并且第一门操纵信号和第二门操纵信号包括约435nm的激光脉冲。在一个示例性实施方案中，第一门操纵信号和第二门操纵信号包括脉冲成形调制，以在完成门操作时减小D状态的群体。在一个示例性实施方案中，脉冲成形调制涉及形式为sin2(t)的上升和下降调制。在一个示例性实施方案中，该一个或多个离子为具有低位D状态的离子。在一个示例性实施方案中，该一个或多个离子包括单离子化的镱、单离子化的钡、单离子化的锶或单离子化的钙中的至少一者。根据另一方面，提供了一种用于执行量子计算D状态AC-Stark位移门操作的方法。在一个示例性实施方案中，该方法包括使用第一门操纵源生成第一门操纵信号。第一门操纵源处于第一激光波长并且被配置为将被捕集在离子捕集器内的一个或多个离子的一组S状态耦合到该一个或多个离子的一组D状态。该方法还包括使用第二门操纵源生成第二门操纵信号。第二门操纵源处于第二激光波长并且被配置为将该一个或多个离子的该一组S状态耦合到该一个或多个离子的该一组D状态。该方法还包括将第一门操纵信号和第二门操纵信号施加到该一个或多个离子。通过第一门操纵信号和第二门操纵信号施加到该一个或多个离子中的离子的力取决于该离子的内部状态。第一门操纵信号和第二门操纵信号被配置为在不会明显地改变该一组S状态内的该一个或多个离子的群体的情况下将该一个或多个离子的内部状态耦合到该一个或多个离子的运动状态。在一个示例性实施方案中，该系统包括磁场发生设备以生成磁场。在一个示例性实施方案中，第二门操纵信号在不平行于第一门操纵信号的方向上传播。在一个示例性实施方案中，第二门操纵信号在大致垂直于第一门操纵信号的方向上传播。在一个示例性实施方案中，第一门操纵信号被偏振为具有第一取向；并且第二门操纵信号被偏振为具有基本上垂直于第一取向的第二取向，其中该偏振位于由这两个门操纵信号的传播方向限定的平面内。在一个示例性实施方案中，第一门操纵信号在平面中被偏振为具有第一取向；并且第二门操纵信号在该平面外被偏振为具有基本上垂直于第一取向的第二取向，其中该平面由这两个门操纵信号的传播方向限定。在一个示例性实施方案中，第二门操纵信号在与第一门操纵信号大致相反的方向上传播。在一个示例性实施方案中，第二门操纵信号在大致平行于第一门操纵信号的方向上传播。在一个示例性实施方案中，第一门操纵信号和第二门操纵信号为常用门操纵信号的调制。在一个示例性实施方案中，第一门操纵源被配置为在S状态的子集和D状态的子集之间非共振地耦合离子，并且第二门操纵源被配置为在S状态的所述子集和D状态的所述子集之间非共振地耦合离子。在一个示例性实施方案中，第一激光波长为第一可见光谱激光波长，并且第二激光波长为第二可见光谱激光波长。在一个示例性实施方案中，第一激光波长为第一红外光谱或紫外光谱激光波长，并且第二激光波长为第二红外光谱或紫外光谱激光波长。在一个示例性实施方案中，第一激光波长和第二激光波长在该一组D状态的超细流形外失谐。在一个示例性实施方案中，第一激光波长和第二激光波长在该一组D状态的超细流形内失谐。在一个示例性实施方案中，第一激光波长和第二激光波长在该一组D状态的超细流形内对称地失谐。在一个示例性实施方案中，该一个或多个离子包括镱-171，并且第一门操纵信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子计算D状态AC-Stark位移门系统，包括：/n第一门操纵源，所述第一门操纵源被配置为生成处于第一激光波长的第一门操纵信号；/n第二门操纵源，所述第二门操纵源被配置为生成处于第二激光波长的第二门操纵信号；/n离子捕集器；和/n一个或多个离子，所述一个或多个离子被捕集在所述离子捕集器内，/n其中所述第一门操纵信号被配置为耦合所述一个或多个离子的一组S状态和所述一个或多个离子的一组D状态，/n其中所述第二门操纵信号被配置为耦合所述一个或多个离子的所述一组S状态和所述一个或多个离子的所述一组D状态，/n其中通过所述第一门操纵信号和所述第二门操纵信号施加到所述一个或多个离子中的离子的力取决于所述离子的所述内部状态，并且/n其中所述第一门操纵信号和所述第二门操纵信号被配置为在不会明显地改变所述一组S状态内的所述一个或多个离子的群体的情况下将所述一个或多个离子的内部状态耦合到所述一个或多个离子的运动状态。/n

【技术特征摘要】
20190509 US 62/845,741;20191217 US 16/717,5351.一种量子计算D状态AC-Stark位移门系统，包括：
第一门操纵源，所述第一门操纵源被配置为生成处于第一激光波长的第一门操纵信号；
第二门操纵源，所述第二门操纵源被配置为生成处于第二激光波长的第二门操纵信号；
离子捕集器；和
一个或多个离子，所述一个或多个离子被捕集在所述离子捕集器内，
其中所述第一门操纵信号被配置为耦合所述一个或多个离子的一组S状态和所述一个或多个离子的一组D状态，
其中所述第二门操纵信号被配置为耦合所述一个或多个离子的所述一组S状态和所述一个或多个离子的所述一组D状态，
其中通过所述第一门操纵信号和所述第二门操纵信号施加到所述一个或多个离子中的离子的力取决于所述离子的所述内部状态，并且
其中所述第一门操纵信号和所述第二门操纵信号被配置为在不会明显地改变所述一组S状态内的所述一个或多个离子的群体的情况下将所述一个或多个离子的内部状态耦合到所述一个或多个离子的运动状态。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统包括磁场发生设备，所述磁场发生设备被配置为生成磁场。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二门操纵信号在不平行于所述第一门操纵信号的方向上传播。


4.根据权利要求3所述的系统，其中：
所述第二门操纵信号在大致垂直于所述第一门操纵信号的方向上传播；
所述第一门操纵信号被偏振为具有第一取向；并且
所述第二门操纵信号被偏振为具有基本上垂直于所述第一取向的第二取向；
其中所述偏振位于由所述两个门操纵信号的所述传播方向限定的平面内。


5.根据权利要求3所述的系统，其中：
所述第二门操纵信号在大致垂直于所述第一门操纵信号的方向上传播；
所述第一门操纵信号在平面中被偏振为具有第...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·西蒙兹·菲戈，乔纳森·塞德拉克，马克·加布里埃尔·考克什，克里斯托弗·尤金·兰格，约翰·帕格努奇·盖布勒，丹尼尔·托马斯·斯塔克，布莱斯·J·比约克，加哈姆·维多里尼，大卫·李·海耶斯，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US