當你走進一個量子實驗室，科學家們在那里捕捉離子，你會發(fā)現(xiàn)長凳上擺滿了鏡子和透鏡，所有的聚焦激光都用來擊中“被困”在芯片上方的離子。通過使用激光來控制離子，科學家們已經學會了利用離子作為量子比特，或量子比特—量子計算機中的基本數(shù)據(jù)單位。但是，這種激光裝置現(xiàn)在阻礙了研究，使人們很難用幾個以上的離子進行實驗，也很難將這些系統(tǒng)帶出實驗室進行實際使用。

現(xiàn)在，林肯實驗室的研究人員已經開發(fā)出一種將激光傳輸?shù)奖徊东@離子上的緊湊方法。在《自然Nature》雜志上發(fā)表的一篇論文中，研究人員描述了一種插入離子阱芯片的光纖塊，將光耦合到芯片本身制造的光波導上。通過這些波導，多個波長的光可以穿過芯片并釋放出來，擊中上面的離子。

如上圖所示光纖將激光直接耦合到離子阱芯片中。使用時，芯片在真空室中低溫冷卻，芯片上的波導將光傳送到芯片表面上方的離子，用于執(zhí)行量子計算。

論文作者、林肯實驗室量子信息和集成納米系統(tǒng)組的高級職員 Jeremy Sage說：“這一領域的許多人都清楚，傳統(tǒng)的方法，使用鏡子和透鏡等自由空間光學技術，只會走到這一步。如果光被帶到芯片上，它可以被引導到許多需要它的地方。許多波長的集成傳輸可能會導致一個非�？蓴U展和便攜的平臺。我們首次證明這是可以做到的�！�

多種顏色

計算捕獲離子需要精確地獨立地控制每個離子。自由空間光學可以很好地控制一維短鏈中的一些離子。但是在一個更大的或二維的原子團中擊中一個離子，而不擊中它的鄰居，是非常困難的。當想象一臺實用的量子計算機需要數(shù)千個離子時，這種激光控制的任務似乎不切實際。

這個迫在眉睫的問題讓研究人員找到了另一種方法。2016年，林肯實驗室和麻省理工學院的研究人員展示了一種內置光學元件的新芯片。他們將一束紅色激光聚焦到芯片上，芯片上的波導將光傳送到光柵耦合器上，這種耦合器是一種隆隆的長條，用來阻止光線并將其引導到離子上。

紅光對于做一個稱為量子門的基本操作至關重要，這是團隊在第一次演示中所做的。但是，要完成量子計算所需的一切，需要多達六個不同的彩色激光器：準備離子，冷卻離子，讀出它的能量狀態(tài)，并執(zhí)行量子門。利用這一最新芯片，研究小組將其原理證明擴展到了其他這些所需波長，從紫羅蘭到近紅外。

未來，該團隊將致力于建造離子阱陣列，如圖所示，以探索基于該技術的實用量子計算機的可行性。