25、捕获离子、可扩展性与量子计量学简介

捕获离子、可扩展性与量子计量学简介

微阱案例研究

• 理想离子微阱属性

  1. 采用并行半导体或微机电系统（MEMS）处理技术制造，以实现设备的可扩展性。
  2. 精确的3D电极几何形状，使捕获离子表现出理想行为。
  3. 高效的捕获势，具有主导的谐波项，使势接近理想状态。
  4. 高运动频率，实现兰姆 - 狄克限制和快速量子比特门。
  5. 低离子加热率，最小化运动退相干。
  6. 低射频损耗，实现足够的射频振幅（约几百伏）。
  7. 最小化介电表面，减少杂散电荷对捕获势的影响。

• 概念与模型

  • 设备基于从硅上二氧化硅晶圆蚀刻的3D电极几何形状，陷阱电极由镀金电介质形成。硅片（350μm厚）高度掺杂以使硅表面有效接地，15μm厚的SiO₂通过氧化形成，为3D金电极提供低损耗绝缘。
  • 这种结构实现了单位纵横比的电极几何形状，即陷阱孔径的宽度和深度相同，这一设计标准与传统线性离子阱类似，可最大化陷阱效率εtrap，确保捕获势由谐波分量主导。根据公式(\omega_r = \frac{\varepsilon_{trap}eU_0}{\sqrt{2m\Omega d^2}})，在给定射频振幅U₀下可最大化径向频率ωr。
  • 使用2D和3D有限元模型量化捕获势效率和实际工作电压下可实现的运动频率，还验证了使用辅助补偿电极最小化离子微运动的