新的算法出现：使用全息图精准控制捕获的离子

启科量子专注于量子通信设备制造与量子计算机全栈式开发

近日，研究人员发现了一种通过使用全息光学技术的全息图精确控制捕获离子的新算法，该研究是对捕获离子进行可重编程的高精度全息光学寻址，以实现可扩展的量子控制。研究报告发表在《自然》杂志下的子刊《量子信息》上。

这项新技术使用了第一个已知的全息光学工程设备来控制捕获的离子量子比特。该技术有望帮助创建更精确的量子比特控制，这将有助于量子行业特定硬件的发展，以进一步进行新的量子模拟实验，以及潜在的离子阱量子比特的纠错过程。

滑铁卢大学量子计算研究所(IQC)的博士生、该论文的第一作者Shig-You Shih表示:“我们的算法可计算全息图的轮廓并消除光线中的任何像差，这使我们能够开发出一种高度精确的离子编程技术。”

对准离子的激光可以与离子“交谈”并改变离子的量子态，从而形成量子信息处理的基础。但是，激光束的像差和畸变会导致杂乱且聚焦点宽，这是一个问题，因为被捕获的离子之间的距离只有几微米，比人的头发要窄得多。

团队想要激发离子的激光束轮廓需要进行精确设计。为了实现这一目标，他们使用了激光，将其宽度最大达到1厘米，然后通过数字微镜设备（DMD）发送，该设备是可编程的，并且可以用作图影放映机。DMD芯片上有反射镜，这些反射镜是通过电压单独控制的。使用Shih开发的算法，对DMD芯片进行编程以显示全息图图案。DMD全息图产生的光可以精确控制其强度和相位。（如下图）

实验装置

在测试中，该团队已经能够用全息光操纵每个离子。以前的研究一直在与串扰作斗争，这意味着如果激光聚焦在一个离子上，光就会泄漏到周围的离子上。借助此设备，团队使用离子作为传感器成功地表征了像差。然后，他们可以通过调整全息图来消除像差，并获得最低的串扰。

Shih表示，使用商用DMD技术面临挑战，它的控制器是为投影仪和UV光刻而不是量子实验制造的。我们的下一步是开发我们自己的用于量子计算实验的硬件。

原文：https://www.nature.com/articles/s41534-021-00396-0.pdf?origin=ppub

关于离子阱

离子阱，又称离子陷阱，其技术原理是利用电荷与电磁场间的交互作用力牵制带电粒子体运动，并利用受限离子的基态和激发态组成的两个能级作为量子比特，是一种将离子通过电磁场限定在有限空间内的设备。

早在50年代末，离子阱就被应用于改进光谱测量的精确度。在应用于量子计算机中时，离子阱技术路线在物理比特质量和逻辑门保真度等方面具有一定优势，同时具备温室条件工作的优点，也是目前同时满足量子计算5个基本准则和量子网络2个准则的唯一物理体系。

近年来，越来越多的公司展开了离子阱量子计算机的研发，包括美国的霍尼韦尔和IonQ、中国的启科量子、英国的UQ（Universal Quantum）、奥地利的AQT（Alpine Quantum Technologies）以及德国的eleQtron ，并在物理比特数量和量子体积等指标方面屡创新高，推动了全球量子计算的发展。