[发明专利]一种原子阵列中量子比特按需连接的方法及装置

权利要求书

1.一种原子阵列中量子比特按需连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用磁光阱系统获取低温低速冷原子团；

通过一束偶极光在强聚焦后形成二维偶极阱阵列，且所述二维偶极阱阵列的焦点与所述冷原子团的中心重合，以装载原子形成量子比特阵列；

通过另一束位置受控的偶极光产生移动阱并在所述二维偶极阱阵列中移动，以将所述二维偶极阱阵列中单个阱中的原子转移出来并随着所述移动阱移动；

其中，所述二维偶极阱阵列和所述移动阱均处于魔幻光强条件下，当所述移动阱将所述二维偶极阱阵列一单个阱中的原子移动至与另一单个阱中的原子之间的距离满足里德堡阻塞的要求时，将里德堡激发光同时作用到两个原子上，以实现两比特的受控位相门；然后再通过所述移动阱将被移动的原子移回原位，以实现所述二维偶极阱阵列中任意两原子的远距离按需连接。

2.根据权利要求1所述原子阵列中量子比特按需连接的方法，其特征在于，所述移动阱的功率为所述二维偶极阱阵列的功率的两倍。

3.根据权利要求2所述原子阵列中量子比特按需连接的方法，其特征在于，产生所述移动阱的偶极光经过声光偏转器后聚焦在所述二维偶极阱阵列上，并通过改变输入所述声光偏转器的射频信号频率，以改变出射光的角度并可在所述二维偶极阱阵列中移动。

4.根据权利要求3所述原子阵列中量子比特按需连接的方法，其特征在于，标定所述二维偶极阱阵列中每个格点对应的射频坐标，通过设置所述移动阱的射频波形，以使所述移动阱遍历所述二维偶极阱阵列中每个阱的位置。

5.根据权利要求1所述原子阵列中量子比特按需连接的方法，其特征在于，通过随机装载过程向所述二维偶极阱阵列装载原子，然后通过荧光成像判断所述二维偶极阱阵列的各单个阱中是否装载原子。

6.一种原子阵列中量子比特按需连接的装置，其特征在于，包括：

磁光阱系统，用于产生低温低速冷原子团；

在所述磁光阱系统一侧且沿所述磁光阱系统的中轴线依次设有空间光调制器、合束器、第一滤光片、第一强聚焦透镜和第一量子化磁场线圈，在所述磁光阱系统的另一侧且沿所述磁光阱系统的中轴线依次设有第二量子化磁场线圈、第二强聚焦透镜、第二滤光片和CCD相机；

其中，一束偶极光传输到所述空间光调制器，经所述空间光调制器反射后传出到所述合束器，然后透射经过所述第一滤光片，再由所述第一强聚焦透镜聚焦后形成所述二维偶极阱阵列且焦点与所述磁光阱系统中的冷原子团重合；另一束偶极光经声光偏转器衍射后衍射光入射到所述合束器上，被所述合束器反射的光经过所述第一滤光片并透射，透射之后的光经过所述第一强聚焦透镜聚焦后焦点落在所述二维偶极阱阵列的焦平面上；第一里德堡激发光经所述第一滤光片反射后由所述第一强聚焦透镜聚焦后焦点落在所述二维偶极阱阵列的焦平面上；第二里德堡激发光经所述第二滤光片反射后由所述第二强聚焦透镜聚焦后焦点反向落在所述二维偶极阱阵列的焦平面上。

7.根据权利要求6所述原子阵列中量子比特按需连接的装置，其特征在于，所述磁光阱系统包括真空腔，在所述真空腔中心处设有一对反亥姆霍兹线圈，以形成从所述反亥姆霍兹线圈中心向外磁场强度递增的梯度磁场；在所述真空腔内设有三对冷却光，以使原子受到沿着所述冷却光传播方向的辐射压力，并使得所述真空腔中的原子形成低温低速冷原子团聚集在所述梯度磁场的中心位置。

8.根据权利要求7所述原子阵列中量子比特按需连接的装置，其特征在于，三对所述冷却光分别为对向传播的780nm波长的激光，所述冷却光使原子受到沿着所述冷却光传播方向的辐射压力使原子减速形成光学黏团。