包括相干搁置的量子比特读取方法技术

本发明专利技术提供了用于使用相干搁置读取原子对象和/或量子比特的量子态的方法和控制器。控制器使第一波长的第一光束和第二波长的第二光束入射到量子比特上，并使读取光束入射到量子比特上。第一波长和第二波长被配置为将量子比特的量子比特空间的状态耦合到稳定态。稳定态的寿命长于执行读取操作所需的时间长度。第一光束和第二光束由至少一个操纵源产生，该至少一个操纵源由控制器的至少一个操纵源驱动器操作和/或与控制器通信和/或由控制器控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
包括相干搁置的量子比特读取方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年2月25日提交的美国申请号63/200,263的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0003]各种实施例涉及与确定被捕获在原子对象限制装置中的原子对象的量子态有关的装置、系统和方法。例如，一些示例实施例涉及用于使用离子搁置读取被捕获的原子对象量子计算机的量子比特的状态的读取方法。

技术介绍

[0004]离子阱能够使用电场和磁场的组合来捕获势阱中的多个原子对象。原子对象能够被捕获用于多种目的，例如可以包括质谱、研究和/或控制量子态。在各种情况下，快速、高精度地确定原子对象的量子态可能是很重要的。例如，被捕获的原子对象可以用作被捕获的原子对象量子计算机的量子比特。用作量子比特的两种状态的量子比特空间可能具有相似的能级。这可能会导致在确定量子态时引入非共振误差。通过应用的努力、独创性和创新，通过开发根据本专利技术的实施例构造的解决方案，解决了现有原子对象量子态确定技术的许多缺陷，本文详细描述了其中的许多示例。

技术实现思路

[0005]示例实施例提供了用于对被捕获在原子对象限制装置中的原子对象执行量子态确定的方法、系统、装置、计算机程序产品和/或类似产品。例如，各种实施例提供了用于量子比特读取操作的方法、系统、装置、计算机程序产品等，其中不包括和/或为量子比特读取中的非共振误差的技术问题提供技术方案。例如，各种实施例提供了减少非共振误差(相对于传统的量子比特读取程序)的方法、系统、装置、计算机程序产品等。例如，在被捕获的原子对象量子计算机中，被捕获在原子对象限制装置中的原子对象可以用作量子计算机的量子比特。原子对象的超精细结构的两个量子态可以用作量子比特空间，其中两个量子态之一称为上旋或1，两个量子态中的另一个称为下旋或0。用作量子比特空间的超精细结构的两个量子态可能具有相似的能级。例如，量子比特空间的两个量子态之间的间隔可以小于50千兆赫(GHz)(例如，小于13GHz)。
[0006]传统的读取方法将激光束施加到待读取的原子对象，其仅耦合量子比特态之一。如本文所用，术语读取方法是用于确定原子对象的量子态的程序。在测量过程中，当原子对象的量子态坍缩为量子比特空间的耦合态时，激光将激发它，从而在原子对象从激发态衰变时释放光子。衰变后，原子对象连续受到激光的激发，并反复发射光子。能够使用各种光电探测器收集这些光子。如果原子的量子态坍缩成另一个(未耦合的)量子比特态，那么原子对象不会与激光相互作用，也不会发射光子。然而，量子比特空间的两个量子态的能量越接近，具有坍缩为非耦合量子比特态的量子态的量子比特就越有可能与激光相互作用，导
致非共振误差。
[0007]各种实施例提供了一种读取方法，其中包括一种相干搁置方法，以减少和/或防止非共振误差。特别地，可以将第一波长的第一光束和第二波长的第二光束施加到待读取的原子对象。第一光束和第二光束被配置成将量子比特空间的第一态耦合到量子比特空间之外的稳定态。例如，如果原子对象的量子态坍缩到量子比特空间的第一态，则原子对象的量子态演化到量子比特空间之外的稳定态。在各种实施例中，原子对象相干地演化到稳定态。例如，通过将原子对象的量子态演化到稳定态，该原子对象被“搁置”用于读取方法。如果原子对象的量子态坍缩到量子比特空间的第二态，原子对象的量子态不受第一光束和第二光束的影响，并保持在第二态。然后，可以将读取光束施加到原子对象。如果原子对象的量子态坍缩为第二态，则读取光束将与原子对象相互作用，并导致光子发射。光子可以用光子探测器检测。如果原子对象的量子态坍缩为第一态，然后演化为稳定态，那么读取光束将不会与原子对象相互作用，使得不会发射光子。此外，稳定态的能级与量子比特空间的任何一种状态都不相似。例如，稳定态可以与量子比特空间的两个能级分开至少100GHZ(例如，至少一太赫兹(THz))。量子比特空间的第二态与稳定态之间的能量差足够大，以至于读取操作不受非共振误差的影响。
[0008]根据本公开的一个方面，提供了一种用于读取被捕获的离子量子计算机的量子比特的方法，包括相干搁置程序。在示例实施例中，该方法包括通过被捕获的离子量子计算机的控制器使第一波长的第一光束和第二波长的第二光束入射到量子比特上。第一波长和第二波长被配置为将量子比特的量子比特空间的状态耦合到稳定态。稳定态的寿命长于执行读取操作所需的时间长度。该方法还包括由控制器对量子比特执行读取操作。
[0009]在示例实施例中，量子比特是单个电离的镱原子，第一波长为411nm，第二波长为3.4微米，稳定态为F流形。
[0010]在示例实施例中，该方法还包括由控制器接收来自光电探测器的信号；以及由控制器基于信号确定量子比特的量子态。
[0011]在示例实施例中，使读取操作得以执行包括使读取光束入射到量子比特上，并监测由光电探测器产生的信号，以确定量子比特是否响应于入射到量子比特上的读取光束而发出荧光。
[0012]在示例实施例中，该方法还包括重新初始化量子比特。
[0013]在示例实施例中，重新初始化量子比特包括使第三波长的第三光束和第二波长的第四光束入射到量子比特上。
[0014]在示例实施例中，第三光束和第四光束在时间上至少部分重叠地入射到量子比特上。
[0015]在示例实施例中，量子比特是单个电离的镱原子，第二波长为3.4微米，第三波长为976nm。
[0016]在示例实施例中，第三光束和第四光束入射到量子比特上的时间小于30毫秒。
[0017]在示例实施例中，该方法还包括在执行量子电路时确定待读取的量子比特，其中，响应于确定待读取的量子比特，使第一光束和第二光束入射到量子比特上。在示例实施例中，该方法还包括在重新初始化量子比特之后，使用量子比特继续执行量子电路。
[0018]根据本公开的另一方面，提供了一种被捕获的离子量子计算机的控制器。在示例
实施例中，控制器包括至少一个处理设备，该至少一个处理设备与至少一个操纵源驱动器通信。处理设备被配置成使控制器使第一波长的第一光束和第二波长的第二光束入射到量子比特上，并使读取光束入射到量子比特上。第一波长和第二波长被配置为将量子比特的量子比特空间的状态耦合到稳定态。稳定态的寿命长于执行读取操作所需的时间长度。第一光束和第二光束由至少一个操纵源驱动器操作的至少一个操纵源产生。
[0019]在示例实施例中，量子比特是单个电离的镱原子，第一波长为411nm，第二波长为3.4微米，稳定态为F流形。
[0020]在示例实施例中，处理设备与光电探测器通信，并且处理设备还配置为使控制器接收来自光电探测器的信号，其中该信号对应于读取光束入射到量子比特上的结果；并根据信号确定量子比特的状态。
[0021]在示例实施例中，为了使读取操作得以执行，处理设备配置为使读取光束入射到量子比特上，并监测由光电探测器产生的信号，以确定量子比特是否响应于入射到量子比特上的读取光束而发出荧光。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种被捕获的离子量子计算机的控制器，所述控制器包括至少一个处理设备，所述至少一个处理设备与至少一个操纵源驱动器通信，处理设备被配置成使所述控制器执行以下操作：使第一波长的第一光束和第二波长的第二光束入射到量子比特上，其中，第一波长和第二波长被配置为将量子比特的量子比特空间的状态耦合到稳定态，其中，稳定态的寿命长于执行读取操作所需的时间长度，并且由所述至少一个操纵源驱动器操作的至少一个操纵源产生第一光束和第二光束；以及使读取光束入射到量子比特上。2.根据权利要求1所述的控制器，其中，量子比特是单个电离的镱原子，第一波长为411nm，第二波长为3.4微米，稳定态为F流形。3.根据权利要求1所述的控制器，其中，处理设备与光电探测器通信，并且处理设备还配置成使所述控制器执行以下操作：接收来自所述光电探测器的信号，其中，所述信号对应于读取光束入射到量子比特上的结果；以及根据所述信号确定量子比特的状态。4.根据权利要求1所述的控制器，其中，处...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼，
申请(专利权)人：量子计算有限责任公司，
类型：发明
国别省市：