在Penning陷中的个人离子定位和读取

科学领域:

• 量子信息科学 量子信息科学
• 原子,分子和光学物理学
• 量子模拟的量子模拟

背景情况:

• 被困离子是量子计算和模拟的领先平台.
• 个人定位和读取对于可扩展的量子运算至关重要.
• 以前的方法在可扩展性和精度方面遇到了挑战.

研究的目的:

• 在旋转平面晶体中实现离子的个别定位和读取.
• 为了展示量子比特运算,使用一个元稳定多元组件和聚焦的激光束.
• 评估地址操作的忠实性,并确定局限性.

主要方法:

• 使用一个紧的Penning陷与旋转的三角潜力稳定一个^{40}Ca^{+}晶体.
• 在旋转框架中通过检测到的离子光实现并行读取.
• 在元稳定 D_{5/2} 分散体中编码量子位,用于近红外激光操作.
• 采用聚焦的AC Stark转移激光用于定位的σ_{z}操作.

主要成果:

• 成功演示了单个离子地址和在晶体上的读数.
• 在各种辐射位置上对离子实现了定位的s_{z} 运算.
• 模拟显示,当前的定位保真率为~97%,受到热效应的限制.
• 鉴定了通过子多普勒冷却将保真度提高到<10^{-3}的潜力.

结论:

• 展示的技术在这个平台上提供了一套完整的量子模拟操作.
• 这项工作推动了可扩展和高可靠性捕获离子量子处理器的开发.
• 紧的设计和展示的控制对未来的量子技术来说是有希望的.