開發用於量子計算的一體式離子阱

《開發用於量子計算的一體式離子阱》是依託清華大學，由金奇奐擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：開發用於量子計算的一體式離子阱
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：金奇奐
• 項目類別：面上項目

項目摘要

量子計算的最大亮點表現在計算或者模擬某些困難但是很重要的問題時，它會比相應的經典計算高效許多。現有的離子阱系統滿足實現全功能量子計算機的所有必要需求，因此基於它來實現真正的量子計算機其實已經沒有本質上的限制。但目前尚存的挑戰之一是小型化離子阱的結構，以便在實用中擴大離子阱量子計算機的規模。我們計畫開發一個3維一體式離子阱，它能集目前3維離子阱與2維離子阱之所長，即既能像3維離子阱一樣有很深的勢阱，又能像2維平面離子阱一樣，便於通過微加工加工成一體式結構。3維一體式離子阱的投產必將大大加速基於離子阱的大規模量子計算機的發展進程。 本計畫中設定了如下里程碑目標： 1.用Yb+離子系統來測試3維一體式離子阱； 2.從三層阱與對稱阱的組合設計出發來研究3維一體式離子阱的最優設計； 3.在雷射微加工氧化鋁陶瓷基板上通過金帶壓焊等工藝加工3維一體式離子阱成品。

結題摘要

在過去的四年中，我們最終完成了項目的預定目標，在此過程中我們遇到了許多意料之外的困難，但我們都一一克服，並在項目時間內完成了目標。此項目的目標是開發一種新型的離子阱，使得這種離子阱能夠穩定的囚禁多個離子，並且具有適用於量子計算的囚禁頻率。為了完成這個目標，我們制定了三個子目標，從而讓我們能夠在四年內完成整體項目：1. 搭建用於囚禁離子的雷射系統。2. 探索和確定一體式離子阱的設計。3. 製造和測試一體式離子阱。 在這四年中，我們搭建了用於囚禁Yb離子的雷射系統，為了更快地測試，我們甚至還搭建了用於囚禁Ba離子的雷射系統。我們設計並製造了一體式離子阱，在經過幾輪的測試、實驗和修改後，我們成功的在我們的新型離子阱中囚禁了多個Yb離子和Ba離子，甚至完成了不同種離子的同時囚禁。我們用Yb離子測試和標定了囚禁頻率和我們控制的DC以及RF電壓之間的關係，測試了離子阱的加熱率以及離子的囚禁壽命。我們還將測量結果和數值模擬結果進行了比較，獲得了完美的匹配。 我們的項目屬於基礎科學研究，大部分研究成果都發表於學術期刊。在四年中，我們通過此項目的支持一共發表了13篇SCI收錄文章，包括1篇文章發表於Nature Photonics、1篇文章發表於Nature Physics，4篇文章發表於Nature Communications，1篇文章發表於Proceedings of the National Academy of Sciences，2篇文章發表於Physical Review Letters。1位博後和10位博士生參與了這個項目。在此項目期間，四位博士生完成了學位，一位碩士生完成了學位。