研究人員利用激光，開發(fā)了目前已知的最魯棒的方法來(lái)控制由化學(xué)元素鋇制成的單個(gè)量子位。可靠地控制量子位的能力是實(shí)現(xiàn)未來(lái)功能量子計(jì)算機(jī)的重要成就。

 論文《一種用于具有10~4級(jí)強(qiáng)度串?dāng)_的Ba⁺量子位敏捷個(gè)體尋址的導(dǎo)引光系統(tǒng)》發(fā)表在《量子科學(xué)與技術(shù)》雜志上。

 這種新方法由滑鐵盧大學(xué)量子計(jì)算研究所(IQC)開發(fā)，使用一個(gè)小的玻璃波導(dǎo)來(lái)分離激光束，并將它們聚焦到相距4微米的地方，大約是人類頭發(fā)寬度的百分之四。每個(gè)聚焦在目標(biāo)量子位上的激光束可以并行控制的精度和范圍是以往研究無(wú)法匹敵的。

綠色激光是操縱鋇離子能態(tài)的正確能量。

IQC和滑鐵盧大學(xué)物理與天文學(xué)系教授K. Rajibul Islam博士說(shuō)：“我們的設(shè)計(jì)將串?dāng)_量(落在鄰近離子上的光量)限制在非常小的相對(duì)強(qiáng)度0.01%，這是量子界最好的之一。”“與以前創(chuàng)建單個(gè)離子敏捷控制的方法不同，基于光纖的調(diào)制器不會(huì)相互影響。“這意味著我們可以在不影響鄰居的情況下與任何離子交談，同時(shí)還保留了最大限度地控制每個(gè)單個(gè)離子的能力。這是我們所知的任何地方，無(wú)論是在學(xué)術(shù)界還是在工業(yè)界，都擁有如此高精度的最靈活的離子量子比特控制系統(tǒng)�！�

研究人員的目標(biāo)是鋇離子，它在俘獲離子量子計(jì)算領(lǐng)域越來(lái)越受歡迎。鋇離子具有方便的能量狀態(tài)，可以用作量子的零和一級(jí)，并用可見光進(jìn)行操縱，而不像其他原子類型需要更高能量的紫外線進(jìn)行相同的操作。這使得研究人員可以使用市售光學(xué)技術(shù)，而紫外線波長(zhǎng)不可用。

 研究人員創(chuàng)建了一個(gè)波導(dǎo)芯片，將單個(gè)激光束分為16個(gè)不同的光通道。然后，每個(gè)通道被定向到單獨(dú)的光纖調(diào)制器，這些調(diào)制器獨(dú)立地對(duì)每個(gè)激光束的強(qiáng)度、頻率和相位提供靈活的控制。然后，這些激光束被聚焦到它們之間的小間距，使用一系列類似于望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)透鏡。研究人員通過(guò)使用精確的相機(jī)傳感器測(cè)量它們，確認(rèn)了每個(gè)激光束的聚焦和控制。

 伊斯蘭的聯(lián)合首席研究員、IQC和滑鐵盧大學(xué)物理與天文學(xué)系的教員Crystal Senko博士說(shuō)：“這項(xiàng)工作是我們?cè)诨�鐵盧大學(xué)使用原子系統(tǒng)構(gòu)建鋇離子量子處理器努力的一部分。我們使用離子，因?yàn)樗鼈兪窍嗤�的、自然產(chǎn)生的量子位，所以我們不需要制造它們。我們的任務(wù)是找到控制它們的方法�！�

新的波導(dǎo)方法展示了一種簡(jiǎn)單而精確的控制方法，為操縱離子編碼和處理量子數(shù)據(jù)以及在量子模擬和計(jì)算中實(shí)現(xiàn)展示了希望。

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