离子阱领域新突破！滑铁卢团队在量子比特控制方面取得进展

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要想打造未来量子计算机，就需要对量子比特进行精准可靠地控制。研究人员利用激光开发出了一种新方法，可以控制由化学元素钡制成的单个量子比特，这是迄今为止最好的离子阱量子比特控制方法。相关论文已发表在《Quantum Science and Technology》。

这种新方法是由滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）开发的，它使用小型玻璃波导来分离激光束，并将它们聚焦，相距仅四微米，大约是一根人类头发宽度的4%。每个聚焦的激光束在其目标量子比特上的并行控制精度和范围是以前的研究无法比拟的。

IQC和滑铁卢物理与天文学系教授K. Rajibul Islam博士说：“我们将串扰量（落在相邻离子上的光量）限制在0.01%的相对强度，与以前对单个离子进行灵活控制的方法不同，基于纤维的调制器不会相互影响。这意味着我们可以在不影响其邻居的情况下与任何离子‘对话’，同时还可以最大程度地控制每个离子。无论是在学术界和工业界，这是最灵活的离子量子比特控制系统，具有很高的精度。”

研究人员以钡离子为目标，这种离子在离子阱量子计算领域越来越受欢迎。因为钡离子的能量态方便操纵，它的0能级和1能级可以用作量子比特，并能用可见绿光进行操作，如果对其他原子类型进行相同操纵，则需要更高能量的紫外光。而研究人员能够使用不适用于紫外线波长的商用光学技术操控钡离子。

研究人员创建了一种波导芯片，可将单个激光束分成16个不同的光通道。然后，每个通道被引导到单独的基于光纤的调制器，这些调制器独立地对每个激光束的强度、频率和相位进行灵活的控制。再使用一系列类似于望远镜的光学透镜，将激光束聚焦到较小的间距。再通过使用精确的相机传感器测量每条激光束，可以确认它们的焦点和控制方式。

Islam的联合首席研究员、IQC和滑铁卢物理与天文学系的教员Crystal Senko博士说：“这项工作是我们在滑铁卢大学里，利用原子系统构建钡离子量子处理器的一部分工作。之所以使用离子，是因为它们是相同的、自然产生的量子比特，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，显示出操纵离子编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中的应用前景。

编译：卉可

编辑：慕一

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