[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

说明书

本申请公开了一种原子阵列中量子比特按需连接的方法及装置，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，以实现所述二维偶极阱阵列中任意两原子的远距离按需连接。

技术领域

本申请涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种原子阵列中量子比特按需连接的方法及装置。

背景技术

在通用量子计算中要求量子比特数目具有一定的规模，中性原子体系量子比特的规模化扩展可依靠光偶极阱阵列实现。在原子阵列中执行两比特门操控一般需要原子间具有较强的里德堡相互作用，这种相互作用一般需要原子间距在几微米范围内，而大规模的原子阵列尺寸可达到几十微米甚至几百微米。在这种情况下，原子只会与其近邻的原子有里德堡相互作用，量子比特之间的两比特门操控只局限在近邻原子之间。这导致了阵列中量子比特的连接度较低，影响了量子线路的执行效率，也无法充分发挥中性原子体系非常容易扩展的优势。如何提高中性原子量子比特之间的连接度，实现量子比特之间的按需连接，是该体系进一步发展亟待解决的重要问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种原子阵列中量子比特按需连接的方法及装置，可以实现原子阵列中任意两个原子的连接，根据量子算法的需求灵活的选择原子之间的连接方式，达到按需连接的目的，所述技术方案如下：

本申请第一方面提供一种原子阵列中量子比特按需连接的方法，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。

例如，在一个实施例提供的原子阵列中量子比特按需连接的方法中，所述移动阱的功率为所述二维偶极阱阵列的功率的两倍。

例如，在一个实施例提供的原子阵列中量子比特按需连接的方法中，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。

例如，在一个实施例提供的原子阵列中量子比特按需连接的方法中，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。

例如，在一个实施例提供的原子阵列中量子比特按需连接的方法中，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。