一种离子阱及量子计算装置制造方法及图纸

本文公开一种离子阱及量子计算装置，包括：真空腔体、离子囚禁装置和粒子束发生装置；其中，粒子束发生装置设置于预设法兰接口位置，用于：沿非光学法兰接口方向喷射粒子束；其中，粒子束包括：原子束或离子束；非光学法兰接口方向包括离子阱真空腔体上预设法兰接口的法线方向；预设法兰接口包括：真空法兰接口和电学法兰接口。本技术实施例通过在预设法兰接口位置设置粒子束发生装置，使粒子束沿非光学法兰接口方向喷射，实现了对多普勒频移与多普勒展宽的抑制。

【技术实现步骤摘要】

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种离子阱及量子计算装置。

技术介绍

1、离子量子计算在超高真空中电离并囚禁用于量子操作的离子，如镱-171元素(yb-171)、钡-137元素(ba-137)等，利用激光操控离子的量子态，从而实现量子逻辑门操控或量子模拟算法；为了在超高真空环境下载入用于量子操作的离子，通常使用具有一定波长或频率的可用于电离原子的激光照射原子束，将需要囚禁的、具有指定质量数的原子电离，使用电场将电离后的离子囚禁在势阱中，完成上述离子的载入。

2、在实际使用中，通常有两种方式在真空中获得粒子束：1、将粒子源放置于可加热的容器内，通过电流加热的方式实现热激发，使原子从粒子源上蒸发出来，喷射到离子阱中待囚禁离子的区域；2、将粒子源放置于可固定激光烧蚀靶材的容器内，通过脉冲激光在几纳秒内以超高的峰值功率烧蚀激光烧蚀靶材材料表面，从而短暂、快速和高效地激发出少量的原子，使其喷射到离子阱中待囚禁离子的区域。

3、在真空中获得粒子束之后，相关技术通常采用光致电离对粒子束进行同位素筛选：同位素筛选是利用不同元素、不同同位素原子的电离激光存在几十至几千兆赫兹的频率差别来实现的，即通过调节电离激光的波长或频率，可以实现对同位素的精细筛选，从而获得指定质量数的离子。根据相对论原理，由于粒子束中的每个原子都具有一定的速度，因此每个原子感受到的激光频率各有差别，即对于粒子束而言，存在多普勒展宽和多普勒频移，使得原子感受到的激光频率发生变化；单一频率的窄线宽激光也会令原本不应该被电离的其他同位素原子发生电离，影响电离效果与载入离子的纯度。由于离子量子计算需要囚禁用于量子操作的离子，而实际使用的粒子源材料可以是未提纯的、自然丰度的材料，也可以是提纯后的材料；通常可购买得到的提纯材料丰度在90％～97％，因此如果不加抑制，依然有较大概率在囚禁离子时载入不希望得到的其他同位素离子。为了在离子阱量子计算的离子载入过程中获得指定种类的、用于量子操作的离子，需要将电离激光的前进方向调节至垂直于粒子束的喷射方向，即原子的速度方向；然而，由于离子阱量子计算需要利用激光照射被稳定囚禁的离子晶体，提供用于囚禁离子电场的离子阱装置装配于带有光学视窗的真空腔内；此类真空腔的视窗具有特定夹角。相关技术中，为了不遮挡视窗，粒子源需要被装配于两个视窗之间，导致通过侧视窗入射的电离激光无法垂直于原子束方向。

4、对于基于激光烧蚀靶材获得原子束的方法，如果激光烧蚀靶材是金属盐，如氯化钡、氯化镱或钛酸钡等，被高能激光烧蚀出的粒子束中除所需原子外，还将携带大量正负离子，包括钡离子(ba+,ba2+)、氯离子(cl-)，乃至氯化钡离子(bacl+)等。这些正负电荷离子将会被离子阱中已被电离和囚禁的离子协同冷却下来，污染离子阱中的离子晶体。且激光烧蚀靶材喷射出的粒子束通常具有极大的发散角，很容易污染离子阱电极和其他光学窗口。

5、综上，在离子阱系统中通过抑制多普勒频移和多普勒展宽，以实现高质量的同位素筛选是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

2、本技术实施例提供一种离子阱及量子计算装置，能够抑制多普勒频移和多普勒展宽，提升离子同位素的筛选效果。

3、本技术实施例提供了一种离子阱，包括：真空腔体、离子囚禁装置和粒子束发生装置；其中，

4、粒子束发生装置设置于预设法兰接口位置，用于：沿非光学法兰接口方向喷射粒子束；

5、其中，所述粒子束包括：原子束或离子束；所述非光学法兰接口方向包括离子阱真空腔体上预设法兰接口的法线方向；所述预设法兰接口包括：真空法兰接口和电学法兰接口。

6、另一方面，本技术实施例还提供一种量子计算装置，包括上述的离子阱。

7、本申请技术方案包括：真空腔体、离子囚禁装置和粒子束发生装置；其中，粒子束发生装置设置于预设法兰接口位置，用于：沿非光学法兰接口方向喷射粒子束；其中，所述粒子束包括：原子束或离子束；所述非光学法兰接口方向包括离子阱真空腔体上预设法兰接口的法线方向；所述预设法兰接口包括：真空法兰接口和电学法兰接口。本技术实施例通过在预设法兰接口位置设置粒子束发生装置，使粒子束沿非光学法兰接口方向喷射，使电离激光得以垂直于粒子束入射，实现了对多普勒频移与多普勒展宽的抑制。

8、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种离子阱，包括：真空腔体、离子囚禁装置和粒子束发生装置；其中，

2.根据权利要求1所述的离子阱，其特征在于，所述真空腔体包括以下一项或任意组合的腔体：

3.根据权利要求1或2所述的离子阱，其特征在于，所述粒子束发生装置包括：

4.根据权利要求1或2所述的离子阱，其特征在于，所述粒子束发生装置包括：

5.根据权利要求1或2所述的离子阱，其特征在于，所述粒子束发生装置还包括用于过滤粒子束中发散角大于预设角度的粒子的准直孔结构。

6.根据权利要求5所述的离子阱，其特征在于，所述准直孔结构设置有绝缘于腔体的金属，通过电学馈通接收预设电压值的电压，用于：

7.根据权利要求5所述的离子阱，其特征在于，所述准直孔结构包括以下任意形状之一的结构：孔状、管状或网状。

8.一种量子计算装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的离子阱。

【技术特征摘要】

1.一种离子阱，包括：真空腔体、离子囚禁装置和粒子束发生装置；其中，

2.根据权利要求1所述的离子阱，其特征在于，所述真空腔体包括以下一项或任意组合的腔体：

3.根据权利要求1或2所述的离子阱，其特征在于，所述粒子束发生装置包括：

4.根据权利要求1或2所述的离子阱，其特征在于，所述粒子束发生装置包括：

5.根据权利要求1或2所述的离子阱，其特征在于，所述粒子束...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛志超，连文倩，
申请(专利权)人：华翊博奥北京量子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：