[发明专利]一种离子阱装置及其控制方法

说明书

本申请实施例公开了一种离子阱装置及其控制方法，用于量子计算或量子操控等，可以快速补充离子，降低离子补给耗时，降低离子或者量子比特丢失对量子操控和测量操作的影响。离子阱装置，包括：离子生成与捕获区，离子存储区和离子操控测量区，其中离子存储区位于离子生成与捕获区和离子操控测量区之间；离子生成与捕获区用于：生成离子并将生成后的离子捕获；离子存储区用于：对在离子生成与捕获区捕获的离子进行存储，以及向离子操控测量区补充新的离子；离子操控测量区用于：对囚禁在离子操控测量区的离子进行量子操控和测量操作。

技术领域

本申请涉及量子科学技术领域，尤其涉及一种离子阱装置及其控制方法。

背景技术

随着信息技术的发展以及摩尔定律的瓶颈限制，量子操控和测量操作已经成为信息技术发展的重要研究方向。量子操控和测量操作的基本原理是利用量子比特进行信息编码，单个量子比特的状态不仅有0和1两种典型状态，还可以是0和1叠加的状态，也就是说，n个量子比特可以同时处于2ⁿ个量子态的叠加状态。

量子操控和测量操作的实现依赖于离子阱系统，离子阱系统可以将离子囚禁于真空系统中，利用特定的电磁场约束离子的运动。然而，即使离子是存在于真空环境中，但是仍然存在离子与背景气体中的气体粒子撞击的可能性，从而导致发生离子丢失或者离子携带的量子比特丢失的现象，极大地限制量子操控和测量操作的发展。

目前，若发生一个或者多个离子或者量子比特丢失的现象，则重启离子生成和捕获过程对全部的离子进行重新补充，耗时较长；并且若不能快速补充新的离子，还会导致整个量子操控和测量操作过程的操作结果完全丢失。

发明内容

为了弥补上述技术缺陷，本申请实施例提供了一种离子阱装置及其控制方法，用于解决现有的离子阱装置补充离子较慢，补给耗时长，可能导致量子操控和测量操作的结果丢失的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种离子阱装置，包括：离子生成与捕获区，离子存储区和离子操控测量区，其中离子存储区位于离子生成与捕获区和离子操控测量区之间；离子生成与捕获区用于：生成离子并将生成后的离子捕获；离子存储区用于：对在离子生成与捕获区捕获的离子进行存储，以及向离子操控测量区补充新的离子；离子操控测量区用于：对囚禁在离子操控测量区的离子进行量子操控和测量操作。

从上述第一方面提供的离子阱装置，可以看出：本申请实施例中的离子阱装置中新增加了离子存储区对离子生成与捕获区捕获的离子进行存储，以及利用离子存储区存储的离子向离子操控测量区补充新的离子，容易理解，通过离子存储区存储的离子向离子操控测量区补充新的离子便无需耗时重新生成与捕获新的离子进行补充，可以实现离子的快速补充，降低离子补给耗时，当发生离子或者量子比特丢失现象时可以快速补充新的离子，进而降低离子或者量子比特丢失对量子操控和测量操作的影响。

进一步的，离子存储区在离子产生捕获区和离子操控测量区之间形成很好的真空缓冲，保持了离子操控测量区的高真空离子生存环境，也降低了离子/量子比特丢失的概率。

上述离子存储区用于向离子操控测量区补充离子具有可以是：当离子操控测量区发生离子或者量子比特丢失时，离子存储区将其存储的离子补充至离子操控测量区。离子操控测量区用于进行量子操控和测量操作的离子可以是直接由离子生成与捕获区生成并捕获后转移至离子操控测量区进行离子操控和测量操作，当离子操作测量区在进行量子操控和测量操作过程中发生离子或者量子比特丢失的情况下，利用离子存储区存储的离子进行离子补给。