[发明专利]宽带协同电磁感应透明（EIT）冷却

说明书

使用S至P至D的EIT冷却操作来冷却限制在原子对象限制装置的特定区域中的原子对象。与所述原子对象限制装置相关联的控制器控制第一操纵源和第二操纵源，分别给所述特定区域提供第一操纵信号和第二操纵信号。第一操纵信号由第一波长表征，该第一波长对应于所述原子对象的第一组分的S流形与P流形之间的跃迁，并且从S至P跃迁失谐第一失谐量。第二操纵信号由第二波长表征，该第二波长对应于所述第一组分的P流形与D流形之间的跃迁，并且从P至D跃迁失谐第二失谐量。选择所述第一失谐量和所述第二失谐量以建立与S流形与D流形之间的双光子跃迁相关的暗状态。

技术领域

各个实施例涉及由原子对象限制装置限制的原子对象的激光冷却。例如，各个实施例涉及使用S至P至D转换的协同EIT冷却。例如，各个实施例涉及使用原子对象时钟状态的协同(sympathetic)EIT冷却。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年8月2日提交的美国申请第63/228,486号的优先权，其内容通过引用全部并入本文。

背景技术

在各种情况下，希望冷却由离子阱捕获的离子，使得可以对离子执行各种操作(例如，实验、受控量子演化等)。然而，传统的激光冷却技术趋于复杂和/或需要高功率激光束。通过应用努力、独创性和创新，已经通过开发根据本发明实施例构造的解决方案来解决这种常规激光冷却系统的许多缺陷，本文详细描述了这些实施例的许多示例。

发明内容

示例实施例提供用于基于原子对象的第一组分的S流形的一个或更多个状态，通过原子对象的第一组分的P流形，到原子对象的第一组分的D流形的一个或更多个状态之间的双光子共振跃迁，执行EIT冷却的量子计算机、系统、装置等以及相应方法。示例实施例提供用于基于原子对象的第一组分的时钟状态，执行EIT冷却的量子计算机、系统、装置等以及相应方法。在各个实施例中，原子对象是原子晶体、原子组(中性和/或电离的)，或分子组(中性和/或电离的)，并且原子对象的组分(例如，第一组分)是原子对象的具体类型(例如，元素类型、化学式等)的至少一个原子或分子。例如，在一个示例实施例中，原子对象包括第一元素类型的冷却离子和第二元素类型的量子位离子，其中，冷却离子在本文中被称为示例原子对象的第一组分。例如，在一个示例实施例中，原子对象的第一组分通过EIT冷却来冷却，并且原子对象的第二组分通过与原子对象的第一组分的相互作用而通过协同冷却来冷却。在一个示例实施例中，第二组分用作量子计算机的量子位。

根据一个方面，提供了一种用于冷却由原子对象限制装置限制的原子对象的方法。在一个示例实施例中，该方法包括通过与原子对象限制装置相关联的控制器，控制第一操纵源，以将第一操纵信号提供给原子对象限制装置的特定区域。该方法还包括通过控制器，控制第二操纵源，以将第二操纵信号提供给原子对象限制装置的特定区域。待冷却的原子对象位于原子对象限制装置的特定区域。第一操纵信号由第一波长表征，该第一波长对应于原子对象的第一组分的S流形与P流形之间的跃迁，并且从S流形与P流形之间的跃迁失谐第一失谐量。第二操纵信号由第二波长表征，该第二波长对应于原子对象的第一组分的P流形与D流形之间的跃迁，并且从P流形与D流形之间的跃迁失谐第二失谐量。选择第一失谐量和第二失谐量以建立与S流形和D流形之间的双光子跃迁相关的暗状态。

在一个示例实施例中，原子对象是包括两个或更多个离子的离子晶体，并且原子对象的第一组分是第一原子对象类型的两个或更多个离子中的至少一个。

在一个示例实施例中，原子对象的第一组分被配置为用作晶体的协同冷却方案中的冷却剂离子。

在一个示例实施例中，原子对象的第二组分是第二原子对象类型的两个或更多个离子中的至少一个，第二原子对象类型不同于第一原子对象类型，并且其中，第二原子对象类型的两个或更多个离子中的至少一个被配置为用作包括原子对象限制装置的量子计算机的量子位。

在一个示例实施例中，第一失谐量和第二失谐量大致相等。在一个示例实施例中，第一操纵信号是π极化激光束，并且第二操纵信号是σ极化激光束。