[发明专利]一种离子阱

说明书

一种离子阱，本发明实施例在离子阱装置上额外设置一组第二射频电极，通过在各第二射频电极上分别施加第二射频电压，产生了用于与径向电场进行相互抵消的射频电场；通过径向电场与射频电场的相互抵消获得了满足预设分布的离子阱中心区域的电势，从而压制了离子量子比特偏离射频零点轴的微运动。

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种离子阱。

背景技术

量子计算是一种新型计算方式，其利用量子力学的框架进行编码和运算；量子计算机的逻辑计算单元由量子比特构成，物理上通常编码于二能级系统；由于量子力学的并行性，量子计算机在并行计算上具有传统计算机不可比拟的优势，因此在一些特定问题上，量子计算机可以极大的降低计算复杂度，大大减少完成计算所需的时间。量子计算机是突破算力壁垒的一种可能途径，未来在基础科学领域、量子通讯及密码学、人工智能、金融市场模拟、气候变化、药物合成模拟等领域具有潜在的应用前景，因此备受学界以及业界关注。

利用囚禁于射频离子阱中的离子，将量子比特编码于其内部的一个二能级系统，通过激光或微波可以实现各种高保真度的量子逻辑门操作。由于离子的量子比特在相干时间、量子逻辑门操作保真度、量子比特控制、相互作用控制以及量子纠错等方面均有优异的性能，且目前关于离子型量子计算的实验技术也有着丰富的积累与突破，因此离子型量子计算机成为可能实现量子计算机的方案之一。

目前，一般的离子量子比特阵列主要采用链状结构，将离子量子比特阵列束缚在线性射频离子阱的射频零点轴上，沿轴的所有离子均无微运动，通过激光或者微波可以实现各种量子逻辑门操作。但随着离子量子比特数目的不断增加，需要更加复杂的电势去实现链状结构的离子量子比特阵列，这会产生更多的电磁噪声，导致量子纠错变难，并且也会因为链状结构变长使离子量子比特阵列出现寻址问题。

如果将离子量子比特阵列由链状结构扩展至包括二维或三维在内的多维结构，则以上问题可以得到缓解；此外，多维的离子量子比特阵列的复杂多体问题的量子模拟，和需要多离子的量子精密测量也更容易实现。但是，多维的离子量子比特阵列，其离子量子比特会出现微运动无法消除的问题，而因为离子量子比特微运动无法消除会产生：离子量子比特在相干时间性能降低，量子逻辑门操作保真度性能降低等问题；这是因为，射频离子阱的常规设计只有有限的射频零点，比如线性离子阱的射频零点是一条射频零点轴，链状结构上所有的离子量子比特可以全部束缚在射频零点轴，完全消除其微运动。而多维的离子量子比特阵列，因为射频零点有限，部分离子量子比特会偏离射频零点轴，导致其微运动无法消除，并且因为该部分离子量子比特微运动无法消除，导致离子量子比特在相干时间、量子逻辑门操作保真度等方面性能降低；而且，对于常规的射频离子阱，其电势与位置呈现以下二次型关系：射频离子阱的电场与离子量子比特偏离射频零点轴的距离成正比；离子量子比特的微运动的振幅与射频离子阱的电场的振幅成正比，即离子量子比特的微运动的振幅与离子量子比特偏离射频零点轴的距离亦成正比。因此，多维的离子量子比特阵列的规模越大，其离子量子比特偏离射频零点轴越远，则微运动振幅越大。

综上，离子量子比特的微运动，影响了多维离子量子比特阵列在量子计算的应用，如何压制离子量子比特的微运动，成为一个有待解决的问题。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种离子阱，能够压制离子量子比特偏离射频零点轴的微运动。

本发明实施例提供了一种离子阱，包括：两个射频RF单元，各RF单元包括：一个第一RF电极和一个第二RF电极；其中，

两个第一RF电极分别用于根据施加于自身的第一射频电压，产生对离子量子比特进行径向约束的径向电场；

两个第二RF电极分别根据施加于自身的第二射频电压，产生用于与径向电场进行相互抵消的射频电场；

其中，由所述射频电场与所述径向电场相互抵消，获得的离子阱中心区域的电势分布满足预设分布。