通過片上光纖實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算和傳感的離子控制技術(shù)
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(dǎo)上。通過這些波導(dǎo)，多個(gè)波長的光可以穿過芯片并釋放出來，擊中上面的離子。
 “有了這些波長，我們就能夠執(zhí)行控制被捕獲離子所需的基本操作，”這篇論文的作者John Chiaverini說。他們沒有在其中演示的一個(gè)操作，是兩個(gè)量子比特的門，這是由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一個(gè)團(tuán)隊(duì)使用類似于2016年工作的芯片演示的，并在同一期《自然Nature》雜志的一篇論文中進(jìn)行了描述�！边@項(xiàng)工作與我們的合作表明，你已經(jīng)具備了開始建造更大的離子阱陣列所需的一切條件，”Chiaverini補(bǔ)充道。 光纖 為了實(shí)現(xiàn)從一個(gè)波長到多個(gè)波長的飛躍，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種方法，將光纖塊直接連接到芯片的側(cè)面。該模塊由四根光纖組成，每根光纖都具有特定的波長范圍。這些光纖與直接刻在芯片上的相應(yīng)波導(dǎo)排列在一起。 “把光纖塊陣列對準(zhǔn)芯片上的波導(dǎo)管，涂上環(huán)氧樹脂，感覺就像在做手術(shù)。這是一個(gè)非常微妙的過程。我們有大約半微米的耐受性，它需要在冷卻到4開爾文的溫度下存活下來，”領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的Robert Niffenegger說，他是這篇論文的第一作者。 在波導(dǎo)管的頂部有一層玻璃。在玻璃的頂部是金屬電極，它們產(chǎn)生電場，將離子固定在適當(dāng)?shù)奈恢�；在釋放光的光柵耦合器上方，金屬上會切割出孔。整個(gè)裝置是在林肯實(shí)驗(yàn)室的微電子實(shí)驗(yàn)室制造的。 設(shè)計(jì)能以低損耗將光傳輸?shù)诫x子上，避免吸收或散射的波導(dǎo)是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)閾p耗會隨著波長的增加而增加�！斑@是一個(gè)開發(fā)材料，制作波導(dǎo)圖案，測試它們，測量性能，然后再試一次的過程。”Sage說：“我們還必須確保波導(dǎo)材料不僅能與必要波長的光一起工作，而且不會干擾捕捉離子的金屬電極。”。 可擴(kuò)展和便攜 該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正期待著他們能用這種全輕集成芯片做些什么。首先，“創(chuàng)造更多，”Niffenegger說,“將這些芯片拼接成一個(gè)陣列，可以將更多的離子聚集在一起，每一個(gè)離子都能被精確控制，從而打開通向更強(qiáng)大量子計(jì)算機(jī)的大門�！� Daniel Slichter是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的一名物理學(xué)家，他沒有參與這項(xiàng)研究，他說：“這項(xiàng)易于擴(kuò)展的技術(shù)將使具有許多激光束的復(fù)雜系統(tǒng)能夠進(jìn)行并行操作，所有這些系統(tǒng)都能自動(dòng)對齊，并且對振動(dòng)和環(huán)境條件具有魯棒性，在我看來，這將是至關(guān)重要的用于實(shí)現(xiàn)具有數(shù)千個(gè)量子比特的離子阱量子處理器�！� 這種激光集成芯片的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它固有的抗振動(dòng)能力。對于外部激光器，激光器的任何振動(dòng)都會導(dǎo)致它錯(cuò)過離子，就像芯片的任何振動(dòng)一樣。現(xiàn)在激光束和芯片耦合在一起，振動(dòng)的影響被有效地消除了。 這種穩(wěn)定性對于離子維持“相干性”，或者作為量子比特運(yùn)行足夠長的時(shí)間來計(jì)算它們是很重要的。如果被捕獲的離子傳感器要變得便攜也很重要。例如，基于捕獲離子的原子鐘可以比現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)精確得多，并且可以用來提高GPS的精度，GPS依賴于衛(wèi)星上攜帶的原子鐘的同步。 Sage 說：“我們認(rèn)為這項(xiàng)工作是科學(xué)和工程之間的橋梁，它為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界帶來了真正的優(yōu)勢�！睆浐线@一差距是麻省理工學(xué)院量子工程中心的目標(biāo)，Sage 是該中心的主要研究員。Sage說：“我們需要量子技術(shù)強(qiáng)大、可交付、用戶友好，讓那些沒有量子物理學(xué)博知識背景的人使用�！� 同時(shí)，研究小組希望這種裝置能幫助推動(dòng)學(xué)術(shù)研究。“我們希望其他研究機(jī)構(gòu)也能使用這個(gè)平臺，這樣他們就可以專注于其他挑戰(zhàn)，比如在這個(gè)平臺上編程和運(yùn)行包含離子的算法。我們看到它打開了進(jìn)一步探索量子物理的大門，”Chiaverini說。 原文鏈接：https://phys.org/news/2020-10-ions-quantum-on-chip-fiber-optics.html |
1.行業(yè)新聞、市場分析。 2.新品新技術(shù)（最新研發(fā)出來的產(chǎn)品技術(shù)介紹，包括產(chǎn)品性能參數(shù)、作用、應(yīng)用領(lǐng)域及圖片）； 3.解決方案/專業(yè)論文（針對問題及需求，提出一個(gè)解決問題的執(zhí)行方案）； 4.技術(shù)文章、白皮書，光學(xué)軟件運(yùn)用技術(shù)（光電行業(yè)內(nèi)技術(shù)文檔）；
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