研究人员在可靠处理量子信息方面迈出重要一步
发布时间：2023-09-12 10:16:48 阅读数： 22
绿色激光是操纵钡离子能态的正确能量。资料来源：滑铁卢大学
研究人员利用激光，开发出了目前已知的控制由化学元素钡制成的单个量子比特的最稳健的方法。能够可靠地控制一个量子比特是实现未来功能量子计算机的一项重要成就。
量子科学与技术》（Quantum Science and Technology）杂志发表了题为 "具有10-4级强度串扰的Ba+量子比特敏捷单独寻址导光系统 "的论文。
滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）开发的这一新方法使用一个小型玻璃波导来分离激光束，并将它们聚焦在相距四微米的地方，大约是一根头发宽度的四百分之一。每束聚焦激光对其目标量子比特的并行控制精度和程度都是以往研究无法比拟的。
"IQC 和滑铁卢大学物理与天文学系教授 K. Rajibul Islam 博士说："我们的设计将串扰量--落在相邻离子上的光量--限制在 0.01% 的极小相对强度，这在量子界是数一数二的。"与以往对单个离子进行敏捷控制的方法不同，基于光纤的调制器不会相互影响。
"这意味着我们可以与任何离子对话，而不会影响其相邻离子，同时还能最大限度地控制每个离子。据我们所知，在学术界和工业界，这是具有如此高精度的最灵活的离子量子比特控制系统"。
研究人员以钡离子为目标，钡离子在困离子量子计算领域越来越受欢迎。钡离子具有方便的能态，可以用作量子比特的零级和一级，并可以用可见绿光进行操纵，而其他原子类型则不同，同样的操纵需要更高能量的紫外光。这样，研究人员就可以使用紫外线波长所不具备的商用光学技术。
研究人员制作了一个波导芯片，将一束激光分成 16 个不同的光通道。然后，每条通道都被导入基于光纤的独立调制器，这些调制器可独立对每束激光的强度、频率和相位进行灵活控制。然后，利用一系列类似望远镜的光学透镜将激光束聚焦到很小的间距。研究人员通过使用精确的摄像传感器对每束激光进行测量，从而确认了每束激光的聚焦和控制。
"这项工作是滑铁卢大学利用原子系统构建钡离子量子处理器的努力的一部分，"Islam 的共同首席研究员、IQC 和滑铁卢大学物理和天文系教师 Crystal Senko 博士说。"我们使用离子是因为它们是完全相同的、自然制造的量子比特，所以我们不需要制造它们。我们的任务是找到控制它们的方法"。
新的波导方法展示了一种简单而精确的控制方法，为操纵离子来编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中的应用带来了希望。
参考资料
Ali Binai-Motlagh et al, A guided light system for agile individual addressing of Ba+ qubits with 10−4 level intensity crosstalk, Quantum Science and Technology (2023). DOI: 10.1088/2058-9565/ace6cb
