一种离子囚禁装置及离子囚禁方法制造方法及图纸

本申请提供一种离子囚禁装置及离子囚禁方法。离子囚禁装置包括原子产生模块、原子囚禁模块、光阱激光模块和离子囚禁模块。原子产生模块用于产生原子束流，并将原子束流喷向原子囚禁模块。原子囚禁模块用于对接收到的原子束流进行囚禁，得到原子团。光阱激光模块用于向原子囚禁模块传输第一光阱激光，将原子团装载于第一光阱激光中，并通过第一光阱激光将原子团转移至离子囚禁模块。离子囚禁模块用于囚禁离子，离子是对来自光阱激光模块的原子团进行电离后得到的。通过第一光阱激光将原子团从原子囚禁模块转移至离子囚禁模块，有助于避免了因原子束流直接喷向离子囚禁模块，造成对离子囚禁模块中已囚禁的离子的碰撞。

【技术实现步骤摘要】
一种离子囚禁装置及离子囚禁方法
本申请涉及量子计算
，尤其涉及一种离子囚禁装置及离子囚禁方法。
技术介绍
随着信息技术的发展，量子计算越来越受关注。量子计算的特殊之处在于，量子态的叠加特性使得大规模“并行”计算成为可能。这是因为量子计算的基本原理是利用量子比特(即离子)对信息进行编码，其中，单个量子比特的状态不仅有0和1两种经典态，还可以有0和1的叠加态，n个量子比特可以同时处于2n个量子态的叠加状态。各量子算法就是在不同数量的量子比特上进行不同的量子操作，量子比特数目越多，其并行加速能力就越强，对于相同问题其求解的速率就越快。目前，量子比特的构建有多种物理体系可实现。例如，离子阱、超导电路、氮空穴色心(nitrogen-vacancycenter，NV)、半导体量子点、拓扑量子计算等。其中，离子阱因其具有相对长的比特相干时间、较好的保真度和潜在的可扩展性等优点，具有非常大的发展潜力。现有技术中，离子阱系统中包括囚禁离子的装置(或称为离子囚禁装置)，后续激光调控装置对离子进行定位和操控，收集荧光信息，进行数据分析，以完成离子阱的量子计算过程。现有技术中，将离子囚禁时，需要先加热原子源，以提供大量的原子束流，再将原子束流直接喷向离子芯片附近的离子囚禁区域，如图1所示，由于离子芯片暴露在原子束中，大量的原子束也会对已囚禁的离子产生碰撞，导致离子从势阱中丢失，造成量子计算过程中断。
技术实现思路
本申请提供一种离子囚禁装置及离子囚禁方法，用于尽可能避免原子对已囚禁的离子的碰撞。r>第一方面，本申请提供一种离子囚禁装置，该离子囚禁装置包括原子产生模块、原子囚禁模块、光阱激光模块和离子囚禁模块。原子产生模块用于产生原子束流，并将原子束流喷向原子囚禁模块。原子囚禁模块用于对接收到的原子束流进行囚禁，得到原子团。光阱激光模块用于向原子囚禁模块传输第一光阱激光，将原子团装载于第一光阱激光中，并通过第一光阱激光将原子团转移至离子囚禁模块。离子囚禁模块用于囚禁离子，离子是对来自光阱激光模块的原子团进行电离后得到的。基于该方案，通过第一光阱激光将原子团从原子囚禁模块转移至离子囚禁模块，有助于避免了因原子束流直接喷向离子囚禁模块，造成对离子囚禁模块中已囚禁的离子的碰撞。而且，可有助于减少原子在离子囚禁模块中的沉积问题。进一步，通过第一光阱激光转移原子团，可实现原子的定点电离、有高度可操控性。也就是说，需要将原子转移到哪里，即可通过操控第一光阱激光将原子转移至对应的位置。在一种可能的实现方式中，原子团的温度小于预设温度，预设温度与第一光阱激光的势阱深度相关。在一种可能的实现方式中，光阱激光模块可用于将第一光阱激光的束腰对准原子囚禁模块中的第一区域，并将原子团装载于第一光阱激光的束腰中，将第一光阱激光的束腰的从原子囚禁模块中的第一区域转移至离子囚禁模块，第一区域用于囚禁原子团，第一光阱激光的束腰的势阱深度大于原子团的动能。由于第一光阱激束腰处的光强度较大，通过将第一光阱激光的束腰对准原子团，有助于提高第一光阱激光装载原子团的效率。本申请中，离子囚禁模块可包括离子囚禁区域。在一种可能的实现方式中，光阱激光模块可用于通过改变第一光阱激光的传输方向，将原子团移动至离子囚禁区域。在另一种可能的实现方式中，光阱激光模块还可用于向离子囚禁模块传输第二光阱激光，将原子团装载于第一光阱激光的束腰和第二光阱激光的束腰所交叉的区域，并通过改变第一光阱激光和第二光阱激光的传输方向，将原子团移动至离子囚禁区域，其中，第二光阱激光的束腰与第一光阱激光的束腰交叉。本申请中，原子产生模块、原子囚禁模块和离子囚禁模块可设置于不同的真空腔内，也可以设置于同一真空腔内，如下分情形详细说明。情形1，原子产生模块与原子囚禁模块可设置于第一真空腔内，离子囚禁模块可设置于第二真空腔内，第一真空腔与第二真空腔通过差分管连通。基于该情形1，差分管可为空心圆管，差分管的直径大于第一光阱激光的束腰的边缘的直径。基于该情形1，在一种可能的实现方式中，离子囚禁模块包括离子芯片，离子芯片与差分管的轴线之间的距离在第一预设范围内。也就是说，离子芯片的安装位置与原子束流的路径之间有一定的距离。通过设置离子芯片与差分管的轴线偏离一段距离，可使得原子束流不直接喷向离子芯片，从而有助于避免原子和/或离子沉积在离子芯片上。情形2，原子产生模块、原子囚禁模块和离子囚禁模块可均设置于第三真空腔内。基于该情形2，原子囚禁模块中的第一区域与离子囚禁模块中的离子芯片之间的距离满足第二预设范围内。本申请中，离子芯片还可包括电极，电极设置于离子芯片沿重力方向的一侧。如此，原子和/或离子后的离子，在重力的作用下，不容易沉积在离子芯片上，可进一步降低原子和/或离子沉积在离子芯片上的概率。在一种可能的实现方式中，原子囚禁模块可包括三维磁光阱，三维磁光阱可用于对接收到的原子束流进行囚禁，得到原子团。进一步可选地，原子囚禁模块还可包括蒸发冷却单元，蒸发冷却单元可用于对原子团进行蒸发冷却。示例性地，蒸发冷却单元可为纯磁阱或纯光阱。进一步可选地，原子囚禁模块还可包括二维磁光阱，二维磁光阱可用于对接收到的原子束流进行冷却和汇聚，将冷却且汇聚后的原子束流喷向三维磁光阱。在一种可能的实现方式中，光阱激光模块可包括第一反射振镜、第一透镜组、驱动装置。第一透镜组可用于对接收到的激光进行汇聚，得到第一光阱激光。驱动装置可用于在第一控制信号的控制下，平移第一透镜组和第一反射振镜，使第一光阱激光的束腰从原子囚禁模块中的第一区域转移至离子囚禁模块；或者，在第二控制信号的控制下，改变第一透镜组中透镜之间的距离，调整焦距，使第一光阱激光的束腰从原子囚禁模块中的第一区域转移至离子囚禁模块；其中，第一控制信号和第二控制信号可根据原子囚禁模块中的第一区域与离子囚禁模块之间的路径，生成第一控制信号或第二控制信号。在一种可能的实现方式中，原子团转移至离子囚禁模块后，第一反射振镜还可用于根据第三控制信号，调整第一反射振镜的角度，改变第一光阱激光的传输方向，使原子团移动至离子囚禁区域，其中，第三控制信号可根据原子团从原子囚禁模块转移至离子囚禁模块所处的位置以及离子囚禁区域的位置生成的。在另一种可能的实现方式中，光阱激光模块还包括第二反射振镜。原子团转移至离子囚禁模块后，第一反射振镜用于根据第三控制信号，调整第一反射振镜的角度，在维持第一光阱激光的束腰与第二光阱激光的束腰交叉的情况下，改变第一光阱激光的传输方向，使原子团移动至离子囚禁区域。第二反射振镜用于根据第四控制信号，调整第二反射振镜的角度，在维持第一光阱激光的束腰与第二光阱激光的束腰交叉的情况下，改变第二光阱激光的传输方向，使原子团移动至离子囚禁区域，其中，第三控制信号和第四控制信号可根据原子团从原子囚禁模块转移至离子囚禁模块所处的位置以及离子囚禁区域的位置生成的。第二方面，本申请提供一种离子阱系统，该离子阱系统可包括激光调控装置以及上述离子囚禁装置，激光调控装置用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子囚禁装置，其特征在于，包括：原子产生模块、原子囚禁模块、光阱激光模块和离子囚禁模块；/n所述原子产生模块，用于产生原子束流，并将所述原子束流喷向所述原子囚禁模块；/n所述原子囚禁模块，用于对接收到的所述原子束流进行囚禁，得到原子团；/n所述光阱激光模块，用于向所述原子囚禁模块传输第一光阱激光，将所述原子团装载于所述第一光阱激光中，并通过所述第一光阱激光将所述原子团转移至所述离子囚禁模块；/n所述离子囚禁模块，用于囚禁离子，所述离子是对来自所述光阱激光模块的所述原子团进行电离后得到的。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子囚禁装置，其特征在于，包括：原子产生模块、原子囚禁模块、光阱激光模块和离子囚禁模块；
所述原子产生模块，用于产生原子束流，并将所述原子束流喷向所述原子囚禁模块；
所述原子囚禁模块，用于对接收到的所述原子束流进行囚禁，得到原子团；
所述光阱激光模块，用于向所述原子囚禁模块传输第一光阱激光，将所述原子团装载于所述第一光阱激光中，并通过所述第一光阱激光将所述原子团转移至所述离子囚禁模块；
所述离子囚禁模块，用于囚禁离子，所述离子是对来自所述光阱激光模块的所述原子团进行电离后得到的。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述原子团的温度小于预设温度，所述预设温度与所述第一光阱激光的势阱深度相关。


3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光阱激光模块，用于向所述原子囚禁模块传输所述第一光阱激光，将所述原子团装载于所述第一光阱激光中，并通过所述第一光阱激光将所述原子团转移至所述离子囚禁模块，包括：
将所述第一光阱激光的束腰对准所述原子囚禁模块中的第一区域，并将所述原子团装载于所述第一光阱激光的束腰中，所述第一区域用于囚禁所述原子团，所述第一光阱激光的束腰的势阱深度大于所述原子团的动能；
将所述第一光阱激光的束腰的从所述原子囚禁模块中的第一区域转移至所述离子囚禁模块。


4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述离子囚禁模块包括离子囚禁区域；
所述光阱激光模块，还用于通过改变所述第一光阱激光的传输方向，将所述原子团移动至所述离子囚禁区域。


5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述离子囚禁模块包括离子囚禁区域；
所述光阱激光模块，还用于向所述离子囚禁模块传输第二光阱激光，将所述原子团装载于所述第一光阱激光的束腰和所述第二光阱激光的束腰所交叉的区域，并通过改变所述第一光阱激光和所述第二光阱激光的传输方向，将所述原子团移动至所述离子囚禁区域，其中，所述第二光阱激光的束腰与所述第一光阱激光的束腰交叉。


6.如权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述原子产生模块与所述原子囚禁模块设置于第一真空腔内，所述离子囚禁模块设置于第二真空腔内，所述第一真空腔与所述第二真空腔通过差分管连通。


7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述离子囚禁模块包括离子芯片，所述离子芯片与所述差分管的轴线之间的距离在第一预设范围内。


8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述离子芯片还包括电极，所述电极设置于所述离子芯片沿重力方向的一侧。


9.如权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述原子产生模块、所述原子囚禁模块和所述离子囚禁模块均设置于第三真空腔内。


10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述原子囚禁模块中的第一区域与所述离子囚禁模块中的离子芯片之间的距离满足第二预设范围内。


11.如权利要求1至10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨江陵，吴裕平，沈杨超，
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