Scalable Implementation of Boson Sampling with Trapped Ions
玻色子抽样解决了一个经典的棘手问题，从矩阵永久式给出的概率分布进行抽样。我们提出了一个可扩展的实现玻色子采样使用本地横声子模式的被困离子编码的玻色子。该方案允许确定性的准备和高效率的读出玻色子的Fock状态和通用模式混合。利用最先进的囚禁离子技术，该方案可以实现数十个玻色子的玻色子采样，其性能将超过目前最强大的经典计算机，是著名的扩展Church-Turing定理的有效反证。
2013-10-17 quant-ph
A scalable, high-speed measurement-based quantum computer using trapped ions
我们描述了一个可扩展的，高速的，和强大的架构，用于基于测量的量子计算与捕获离子。基于测量的架构提供了一种通过并行化缓慢的纠缠操作并将速度要求转移到量子位的快速测量来显着加速量子计算机操作的方法。我们表明，一个适合于容错测量为基础的量子计算的三维集群状态可以实现在一个二维阵列的离子阱。我们提出了通过多光子光电离纳秒操作的离子的投影测量，并讨论了这样一个计划的可行性钙离子。
2009-05-01 quant-ph
Optimum electrode configurations for fast ion separation in microfabricated surface ion traps
对于具有捕获离子的许多量子信息实现，有效的穿梭操作是重要的。在这里，我们讨论了有效的分离和重组的离子在表面离子阱的几何形状。绝热穿梭操作的捕获离子的分离和复合的最大速度取决于捕获离子在该过程中经历的长期频率。在运输过程中，可以通过优化陷阱的几何形状来实现更高的长期频率。我们展示了如何在表面离子阱中的分段静电势电极的两种不同的安排，可以优化快速离子分离或重组过程。我们还解决了分离过程中的离子动力学的运动方程，并说明了重要的考虑因素，需要考虑到使过程绝热。
2011-07-01 quant-ph
Scalable quantum search using trapped ions
我们提出了一个可扩展的实现Grover的量子搜索算法的离子捕获量子信息处理器。利用简单的绝热方法将系统初始化为纠缠Dicke态。反转约平均和预言运营商采取的形式，单一的非共振激光脉冲，寻址，分别，所有和一半的离子在陷阱。这是通过利用捕获离子线性晶体的物理对称性而实现的。该算法的物理实现代表了一个戏剧性的简化：每个逻辑迭代（预言和平均值的反演）只需要两个物理交互步骤，与以前的方法所需的大量级联门相反。这不仅便于实现，而且提高了算法的整体保真度。
2010-02-17 quant-ph
Microoptical Realization of Arrays of Selectively Addressable Dipole Traps: A Scalable Configuration for Quantum Computation with Atomic Qubits
我们实验证明了新的结构，实现登记册的原子量子位：我们陷阱中性原子在一维和二维阵列的远失谐偶极陷阱通过聚焦红色失谐激光束与微制造阵列的微透镜。我们能够有选择地解决个别陷阱网站，由于他们的大横向分离125 μ m。我们初始化并读取各个站点的不同内部状态。我们还创建了两个交错设置的陷阱阵列与可调的分离，所需的许多建议实施的量子门操作。
2002-08-14 quant-ph
Demonstration of a scalable, multiplexed ion trap for quantum information processing
制作并测试了一种用于量子信息处理的可扩展的多路复用离子阱。陷阱的设计和制造过程进行了优化，可扩展到小陷阱的大小和大量的互连陷阱，并集成的控制电子和光学。在室温下用Cd+、Mg+和Sr+离子以及在6 K下用Sr+测试具有类似设计的多个阱，其中各自的离子寿命为90 s、300 +/- 30 s、56 +/- 6 s和4.5 +/- 1.1小时。在室温和1.6MHz的陷阱频率下，测得Mg+的运动加热速率为7 +/-3量子/毫秒。对于Sr+，在6 K和540 kHz下，测得的加热速率为每秒220 +/- 30量子。
2009-07-09 quant-ph
Experimental investigation of planar ion traps
Chiaverini等人[Quant.信息计算5，419（2005）]最近提出了用于离子阱量子计算的线性Paul阱几何结构，其将所有电极放置在平面中。这种平面离子阱与现代半导体制造技术兼容，并且可以按比例缩放以制造紧凑的多区阱。在本文中，我们提出了一个平面离子阱的实验实现，在15 Pa（0.1 μ m）的真空中，使用印刷电路板上的电极捕获数十个0.44微米直径的带电粒子的线性链。有了这些陷阱，我们解决的平面离子阱的陷阱深度低的问题，并开发控制电极的布局移动离子之间的陷阱区，而不会面临一些技术困难，涉及在原子离子阱实验。具体来说，我们使用一个陷阱与36个区域（77个电极）安排在一个十字架上，以证明负载从传统的四杆线性保罗陷阱，线性离子运动，分裂和加入离子链，并通过交叉点的离子运动。我们进一步提出了一个额外的直流偏置电极的陷阱，这增加了陷阱的深度显着，和一种新的平面离子阱的几何形状，产生一个二维晶格的点保罗陷阱。
2006-02-09 quant-ph
Optimal quantum control of multi-mode couplings between trapped ion qubits for scalable entanglement
我们展示了高保真纠缠量子门内的五个被困离子量子比特链最佳成形耦合到多个集体运动模式的光场。我们利用分段的光脉冲分别寻址量子比特，以可编程的方式构造多体纠缠态。这种方法实现了高保真度和快速量子门，其可以缩放到更大的量子位寄存器以用于量子计算和模拟。
2014-01-08 quant-ph
Transport of Quantum States and Separation of Ions in a Dual RF Ion Trap
我们已经研究了与双线性离子阱相关的离子动力学，其中离子可以存储在两个不同的位置之间并在两个不同的位置之间移动。这样的陷阱是用于设计离子系综的任意量子态的系统的构建块。具体而言，该阱是使用一系列互连离子阱的可扩展量子计算策略中的单位单元。我们已经在50个$μ$中以接近单位效率（$> 10^{6}$连续转移）和可忽略的运动加热在1.2 mm的陷阱位置之间转移离子，同时保持内部状态相干性。此外，我们已经将两个离子分离到两个不同的陷阱中。
2002-05-15 quant-ph
Scalable Ion Trap Quantum Computation with Pairwise Interactions Only
提出了在消相干自由子空间（DFS）上仅用两个量子比特操作的通用离子阱计算。DFS是为集体退相模型构造的。编码的单量子位和双量子位逻辑运算通过Sorensen-Molmer相互作用实现。交替的两个特定的相位配置的控制场的有效哈密顿近似各向异性交换相互作用。这在一个逻辑量子比特到三个物理量子比特的适当编码上是通用的，这三个物理量子比特在集体退相干下也是DFS。
2002-07-31 quant-ph
Decoherence and fidelity in ion traps with fluctuating trap parameters
我们考虑两种不同类型的波动在离子阱的潜力：外部波动电场，这会导致统计运动（"摆动"）的离子相对于中心的陷阱，和波动的弹性常数，这是由于波动的交流分量的电位施加在保罗陷阱的离子。我们写下这两种情况下的主方程，平均噪声，获得加热的离子的表达式。我们将我们的结果与以前的结果进行了比较，在离子阱中的远距离共振光阱和加热。波动的外部电场对量子门操作（受控非）的影响是确定的，并导出该操作的保真度。
1998-12-17 quant-ph
Complete methods set for scalable ion trap quantum information processing
大规模量子信息处理器必须能够传输和维护量子信息，并重复执行逻辑运算。在这里，我们展示了使用存储在捕获的原子离子的内部状态中的量子位来执行可扩展的量子计算所需的所有基本元素的组合。我们量化了多量子比特操作的可重复性，尽管量子比特在宏观距离上传输，但没有观察到性能损失。这些结果的关键是使用不同的铍离子超精细态对进行稳健的量子位存储、读出和门，以及同时捕获镁再冷却离子和量子位离子。
2009-07-10 quant-ph
Implementation of local and high-fidelity quantum conditional phase gates in a scalable two-dimensional ion trap
我们提出了一个方案，以实现高保真度条件相位门对被困离子浸没在一个二维库仑晶体，利用所有轴向模式介导的相互作用，没有边带寻址。通过数值计算表明，通过对激光束进行整形，仅能激发局域模实现纠缠门，从而使量子门的复杂度不随系统尺寸的增加而增加。这些结果为在二维陷阱结构中实现大规模容错量子计算提供了一种有希望的途径。
2009-11-10 quant-ph
Microfabricated Ion Traps
离子阱提供了研究基本量子系统的机会，具有高精度，与环境高度解耦。单个原子离子可以用电场控制和操纵，用激光冷却冷却到运动的基态，并使用光学和微波辐射进行相干操纵。微制造的离子阱具有允许更小的阱尺寸和更好的可扩展性的优点，这也使它们成为下一代量子技术的重要组成部分。在这里，我们提供了一个微型离子阱的原理和操作的介绍。我们展示了材料和电气方面的考虑，这是至关重要的设计这样的陷阱结构的概述。我们提供指导，在如何选择适当的制造设计，考虑不同的方法，制造的微离子阱和讨论以前实现的结构。我们还讨论了离子阱中离子的反常加热现象，这是离子阱小型化的一个重要因素。
2011-06-28 quant-ph
Efficient State Preparation via Ion Trap Quantum Computing and Quantum Searching Algorithm
利用离子阱量子计算和Grover的量子搜索算法，在离子阱中制备一个几率接近1的量子态.
2000-05-10 quant-ph
Individual addressing of ions using magnetic field gradients in a surface-electrode ion trap
微制造阱中的离子密集阵列代表了一种可能的方法来按比例放大离子阱量子计算。寻址单个离子的能力是这种方案的重要组成部分。我们证明了个体寻址的被困离子在一个微制造的表面电极陷阱，使用芯片上产生的磁场梯度。对于相隔5 μ m的两个离子，实现了310（2）kHz的频率分裂。选择性单量子位操作在两个捕获离子之一上进行，平均串扰为2.2+/-1.0%。通过自旋回波技术测量的相干时间不受场梯度的影响。
2008-11-14 quant-ph
Ion trap architectures and new directions
在过去的十年中，捕获离子技术在性能、鲁棒性和多功能性方面取得了进步。随着世界范围内捕获的离子群数量的增加，目前正在使用无数的阱架构。囚禁离子的应用包括：量子模拟，计算和网络，时间标准和量子动力学的基础研究。这种阱的设计是由这些不同的研究目标驱动的，但是一些普遍期望的性质已经导致了离子阱制造厂的发展。捕获离子可实现的出色控制和光子读出的能力，使量子网络利用远程离子节点之间的纠缠取得了进展。在这里，我们介绍了社区目前使用的陷阱架构的选择，并介绍了它们最显著的特征，确定了特别适合量子网络的特征。我们还讨论了我们自己的内部研究工作，旨在长距离捕获离子网络。
2017-08-15 quant-ph
A scalable helium gas cooling system for trapped-ion applications
微加工离子阱器件为可扩展的量子计算提供了一条有前途的途径。研究工作已经开始集中在与开发大规模离子阱阵列和网络相关的工程挑战上。然而，增加阵列的尺寸和集成芯片上的电子器件会大大增加离子阱芯片内的功耗。这导致离子阱的工作温度升高，并限制了器件性能。因此，有效的热管理是任何大型架构的重要考虑因素。这里介绍的是一个模块化的冷却系统，设计用于多个离子捕获实验同时使用的发展。该系统包括一个可扩展的低温恒温器，允许缩放冷却功率以满足大型网络的需求。在对两个独立的离子阱实验进行实验测试后，冷却系统预计将在~70 K下为多达四个实验提供111 W的净冷却功率。该冷却系统是朝着应对操作具有许多量子位的大规模量子计算机的实际挑战迈出的一步。
2021-06-14 quant-ph
Wiring up trapped ions to study aspects of quantum information
人们对开发传输量子信息的方法有很大兴趣。我们讨论了一种通过导线在两个囚禁离子之间传递量子信息的方法。捕获离子的运动在捕获电极中感应振荡电荷。通过将该电流发送到附近的第二个阱的电极，两个阱中的离子的运动被耦合。我们调查静电的设置，其中两个单独捕获的离子通过电浮线耦合。我们还讨论了实验问题，包括退相干的可能来源。
2009-03-23 quant-ph
Electron impact ionization loading of a surface electrode ion trap
本文提出了一种利用电子碰撞电离加载表面电极离子阱的方法。该方法依赖于表面电极几何形状的性质，即陷阱深度可以以更多的微动为代价来增加。通过引入缓冲气体，我们可以抵消与微动相关的射频加热，并受益于更大的陷阱深度。在阱的初始加载之后，可以使用标准补偿技术来消除由带电电介质产生的杂散场，并允许在超高真空下加载阱。
2006-06-29 quant-ph
Ion-trap quantum information processing: experimental status
在超高真空中捕获的原子离子形成了一个特别好理解和有用的物理系统，用于量子信息处理。它们为量子信息提供了极好的屏蔽，使其免受环境噪声的影响，而强的、良好控制的激光相互作用则容易提供量子逻辑门。许多基本的量子信息协议已被证明与捕获的离子。目前的许多工作旨在使用复杂的微制造陷阱阵列构建大规模的离子阱量子计算机。有几个研究小组也在积极研究捕获离子与光子的量子界面。
2008-05-19 quant-ph
T-junction ion trap array for two-dimensional ion shuttling, storage and manipulation
我们演示了一个二维11区离子阱阵列，其中单个激光冷却原子离子被存储、分离、穿梭和交换。阱的几何形状由两个线性射频离子阱部分组成，这两个部分以90度角连接以形成T形结构。我们穿梭的T-结的角落周围的单个离子和交换的位置，两个结晶的离子使用电压序列设计，以适应非平凡的电位附近的结。该系统实现了对多离子的全二维控制，这对于实现可扩展的离子阱量子计算和量子网络具有重要意义。
2005-08-13 quant-ph
On the Transport of Atomic Ions in Linear and Multidimensional Ion Trap Arrays
被捕获的原子离子已经成为量子计算机最有前途的架构之一，并且目前的努力现在致力于通过复杂的分段离子阱结构来传输被捕获的离子，以便按比例放大到更大数量的被捕获的离子量子位。本文讨论了在任何类型的复杂多维射频（保罗）离子阱阵列中离子输运的几个重要问题。我们开发了一个一般的理论框架，应用时间相关的电场穿梭激光冷却离子沿任何所需的轨迹，并描述了一种方法，用于确定任意穿梭时间表上的量子态的捕获离子运动的效果。除了在短距离线性穿梭的一般情况下，我们引入的问题，特别是穿梭通过多维路口，这是所需的任意控制的位置的大型阵列的被困离子。这包括离子在拐角处的传输，通过十字或T结，以及激光冷却晶体中多个离子的位置交换。在可能的情况下，我们最近的实验结果在一个多维的T结陷阱，实现了任意的2维运输。
2008-02-20 quant-ph
Ion-trap quantum logic using long-wavelength radiation
提出了一种量子信息处理器，它结合了实验技术和在核磁共振实验或捕获离子中成功证明的技术。施加到离子阱的额外的不均匀磁场i）使单独的离子共振（量子位）移位，使得它们通过频率可区分，以及ii）介导被捕获离子的内部自由度和外部自由度之间的耦合。该方案允许一个单独的地址和相干操纵离子限制在电动势阱中使用的射频或微波制度的辐射。
2001-12-19 quant-ph
Versatile ytterbium ion trap experiment for operation of scalable ion trap chips with motional heating and transition frequency measurements
我们提出了一个镱离子阱实验的设计和操作与设置提供多功能的光学访问和90电互连，可以主机先进的表面和多层离子阱芯片安装在芯片载体上。我们操作了一个与该芯片载体设计兼容的宏观离子阱，并对其性能进行了测试，证明了长期频率>1 MHz，并捕获和冷却了几乎所有的稳定同位素，包括171 Yb+离子以及离子晶体。对于这个特殊的抽头，我们测量运动加热率，<n-dot>并观察<n-dot>到不同长期频率ω的1/ω ^2行为。在离子电极间距为310（10）μ m时，我们还确定了频谱噪声密度S_E（1 MHz）= 3.6（9）× 10 ^-11 V^2 m^-2 Hz^-1。本文描述了Yb ~+离子的俘获和冷却实验装置，给出了170 Yb ~+、171 Yb ~+、172 Yb ~+、174 Yb ~+和176 Yb ~+稳定同位素的2S_1/2 - 2P_1/2和2D_3/2 - 3D[3/2]_1/2跃迁的频率测量结果。
2010-12-17 quant-ph
Ion Trapping with a Laser-written 3D Miniaturized Monolithic Linear Paul Trap for Microcavity Integration
本文提出一种激光写入的金镀熔融石英单片线性Paul阱，实现高数值孔径接入与电极精确隔离，并成功演示离子囚禁，为微腔集成奠定基础。
2024-09-19 quant-ph
Superconducting microfabricated ion traps
我们用铌和氮化铌制作了超导离子阱，并在低温下捕获单个88 Sr离子。超导转变的验证和特点是通过测量电阻和临界电流，使用4线测量陷阱结构，并观察在射频反射的变化。在6 K，800 kHz下观察到的最低加热速率为2.1（3）量子/秒，并且在超导转变过程中没有显着变化，表明异常加热主要是由表面上的噪声源引起的。这种超导离子阱的演示为将捕获的离子和分子离子与超导设备集成提供了可能性。
2010-12-14 quant-ph
Microfabricated Chip Traps for Ions
这是一个介绍微型离子阱。我们涵盖了保罗陷阱的基础知识，实现陷阱的各种几何形状，一些设计考虑因素，最后，现有的微制造陷阱的审查。
2008-12-19 quant-ph
A single trapped ion in a finite range trap
本文提出了一种描述离子在实际有限射程阱中动力学行为的方法。我们这个现实的潜力与一个可解的模型，我们得到这个潜在的动力学变量（提高和降低运营商）。我们考虑了这种受限离子在有限程阱中的相干相互作用，证明了它的质心运动定态是一种特殊的非线性相干态。研究了这种状态的物理性质及其对有限势范围的依赖性。
2011-12-25 quant-ph
Coherently manipulating cold ions in separated traps by their vibrational couplings
最近的实验[K. R. Brown等人，Nature 471，196（2011）;和M. Harlander等人，Nature 471，200（2011）]已经证明了对单独限制在分离的离子阱中的两个离子的外部振动的相干操纵。利用这些最近开发的技术，我们在这里提出了一种实现相干操作的方法，例如，通用的量子门，在分离的离子阱量子比特之间，由被捕获离子的两个内部原子状态编码。我们的建议超出了通常的Lamb-Dicke限制，并可以应用到可扩展的离子阱耦合的振动。
2011-06-20 quant-ph
Implementation of quantum gates and preparation of entangled states in cavity QED with cold trapped ions
提出了一种在单模光腔中利用冷囚禁离子实现量子计算基本门和制备纠缠态的方案。一般的量子计算可以用囚禁离子的运动态和腔态作为量子比特来实现。我们也可以在这样的系统中产生不同种类的纠缠态而不需要态约减，并且可以将量子态从一个阱中的离子转移到另一个阱中的离子。实现我们的计划的实验要求进行了讨论。
2002-07-29 quant-ph
NOON states in trapped ions
我们展示了如何NOON状态可能产生的离子阱。我们利用光与离子的两个振动模式中的每一个的单独相互作用来纠缠它们。这允许我们生成N=8的NOON态。
2013-04-24 quant-ph
Experimental Proposal on Scalable Radio-Frequency Magnetometer with Trapped Ions
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（合肥国家实验室，中国科学技术大学）；Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale（合肥微尺度物质科学国家研究中心）
本文提出一种基于囚禁离子和混合动力学解耦的可扩展射频磁力计，通过缀饰态与周期序列结合，在 $10^4$ 离子系统中实现 13 $\rm{fT}/\sqrt{\rm{Hz}}$ 的灵敏度，并延长相干时间至分钟量级。
2025-10-26 quant-ph
Co-Designing a Scalable Quantum Computer with Trapped Atomic Ions
第一代量子计算机即将出现，由量子硬件平台制造，可能很快就能够处理传统计算机无法执行或建模的某些任务。这些量子设备不太可能是通用的或完全可编程的，而是专用处理器，其硬件将与特定的目标应用程序紧密协同设计。被捕获的原子离子是第一代量子计算机的领先平台，但也可以从根本上扩展到未来几代更强大的通用设备。这是因为被捕获的离子量子比特是原子钟标准，可以与10 ^15中的一部分相同，并且它们的量子线路连接可以通过使用外部场来重新配置，而无需修改量子比特本身的排列或架构。在这篇文章中，我们将展示如何从离子晶体中设计出任何尺寸的模块化量子计算机，以及如何根据各种应用和量子计算协议定制离子阱量子位之间的布线。
2016-02-09 quant-ph
Normal modes of trapped ions in the presence of anharmonic trap potentials
我们从理论和实验上研究了非谐项对线性囚禁离子链的囚禁势的影响。我们集中在两个不同的影响，成为显着的不同层次的非谐性。第一个是多离子晶体的离子振动的正常模式的振荡频率和振幅的修改，这是由于每个离子经历电位中的不同曲率。在第二种效应中，随着非谐性的增加或更高的激励振幅而发生，简正模频率的振幅依赖性偏移变得重要。我们评估了简正模的频率和振幅位移，并评论了其对量子信息处理和量子态态工程的影响。由于非谐项与谐波项的比率通常随着离子-电极距离的减小而增大，因此随着离子阱尺寸的减小，非谐效应将变得更加显著。因此，为了避免不必要的问题，在圈闭开发的设计阶段就应考虑到非谐性。
2011-05-24 quant-ph
2-photon ionization and necessary laser and vacuum systems for experiments with trapped strontium ions
本文描述了一种在线性射频阱中对锶原子进行光量子化的有效方法。我们采用双光子二级过程激发自电离共振（4d ~ 2 + 5 p ~ 2）~ 1D ~ 2。采用双脉冲钛宝石激光系统，在431 nm处提供82 MHz的100 fsec脉冲。详细介绍了用于激光冷却和激发量子跃迁的Sr ~+跃迁激光系统、真空系统和离子阱结构的制作。利用当前的设置，在UHV压力下实现了线性离子链的容易且可重复的捕获。
2007-12-03 quant-ph
Suppression of Heating Rates in Cryogenic Surface-Electrode Ion Traps
捕获离子的密集阵列提供了一种按比例放大离子阱量子信息处理的方法。然而，离子阱的小型化目前受到在亚100 μ m离子电极距离处急剧增加的运动态退相干的限制。我们的特点在低温冷却的表面电极陷阱，在75微米至150微米范围内的特征尺寸的加热速率。在冷却到6 K时，测得的速率被抑制了7个数量级，比先前发表的在室温下操作的类似大小的陷阱的数据低两个数量级。观察到的噪声强烈依赖于制造工艺，这表明进一步的改进是可能的。
2007-11-16 quant-ph
Conditional Spin Resonance with Trapped Ions
当施加静态磁场时，电动势阱中不同离子的内部状态耦合-类似于用于NMR的分子中的自旋-自旋耦合。这种自旋-自旋相互作用可以用于例如使用NMR方法在离子阱中实现量子逻辑操作。捕获离子的集合可以被视为具有可调耦合常数的$N$ -量子位分子。
2001-11-29 quant-ph
High fidelity quantum gates of trapped ions mediated by a dissipative bus mode
我们描述了在耗散总线模式下囚禁离子的纠缠量子门的最佳实现。通过适当成形的控制脉冲，可以在保持介导的相互作用的同时显著降低离子-声子纠缠。
2016-10-26 quant-ph
Quantum dynamics of cold trapped ions, with application to quantum computation
讨论了激光与冷阱离子相互作用的理论，因为它涉及到Cirac-Zoller量子计算机的设计。计算了囚禁离子的平均位置、离子振荡的本征值和本征模、离子的允许和禁戒内跃迁的Rabi频率的大小以及所需哈密顿量的有效性判据。还提供了各种离子种类的能级数据。
1997-02-27 quant-ph
Individual addressing and state readout of trapped ions utilizing rf- micromotion
描述了一种用于在阱中对离子进行单独寻址的新方案，该方案不依赖于仅紧紧聚焦到一个离子上的光束。该方案利用离子微动，可以在一个线性陷阱中引起的直流偏移电位。因此，将单个离子耦合到全局施加的光场对应于在合适的补偿电极组上的电压的仅仅切换。所提出的方案特别适合于典型尺寸为约20-40微米的小型化RF（Paul）阱。
1998-12-15 quant-ph
Materials Challenges for Trapped-Ion Quantum Computers
捕获离子量子信息处理器通过电场将信息存储在自由空间中保持在适当位置的原子离子中。量子逻辑通过使用光和微波信号操纵离子的内部和共享的运动量子态来实现。虽然被捕获的离子在量子增强计算、传感和通信方面表现出很大的潜力，但需要进行材料研究来设计陷阱，通过集成系统组件（包括用于离子量子位控制的光学和电子器件）来提高性能，同时最大限度地减少陷阱电极表面产生的几乎无处不在的电场噪声。在这篇综述中，我们考虑了这种集成系统的材料要求，重点是阻碍当前实际量子计算进展的问题。我们给出了材料科学家和捕获离子技术专家如何共同开发基于材料的集成和噪声缓解策略的建议，以实现下一代捕获离子量子计算机。
2020-09-02 quant-ph
Inhomogeneity parameter in designing an ion trap
在设计离子阱时，应优化几何形状和射频源，使得阱深度最大化，同时离子保持稳定。在四极线性阱中，经常使用稳定参数$a$和$q$来描述稳定性。然而，在表面阱中，阱必须被映射到线性四极阱，使得可以评估$a$和$q$。本文阐述了在设计表面陷阱时应如何处理这些参数，以及几何结构和射频源对表面陷阱的影响，得出了表面陷阱稳定的条件是$q$参数为0.2~0.22。
2015-01-08 quant-ph
Formation of Two-Ion Crystals by Injection from a Paul-Trap Source into a High-Magnetic-Field Penning Trap
双离子晶体构成了一个研究量子性质的平台，它可以扩展到任何离子种类或带电粒子，只要晶体中的一个离子可以直接用激光冷却并用激光辐射操纵。本文介绍了在7特斯拉开环潘宁阱中形成用于量子精密测量的双离子晶体。$^{40}$ Ca $^+$离子通过光电离内部产生或外部在（Paul阱）源中产生，通过超导螺线管的强磁场梯度运输，并且相对于潘宁阱势阱的最小值以几个电子伏特的平均动能在飞行中捕获。在强磁场中激光冷却双离子晶体达到量子制度也提出了特别强调的径向模式的冷却。
2022-03-31 quant-ph
Robust quantum control for higher order coupling term in trapped ions
囚禁离子硬件最近取得了重大进展，现在是量子计算的领先平台之一。为了在囚禁离子中构建双量子比特门，离子链的实验操作方法变得越来越普遍。在控制技术受限的情况下，如何实现高保真度的量子门操作至关重要。在电流脉冲优化设计中，很多研究工作都集中在离子-声子和离子-离子有效耦合方面，而忽略了实验缺陷对这两项高阶展开的影响。提出了一种新的囚禁离子的鲁棒量子控制优化方法。通过在优化代价函数中引入误差引起的高阶项，在漂移噪声范围为$\pm 10$ kHz和时间噪声范围为$\pm 0.02$的情况下，设计了一个具有极强鲁棒性的Molmer-Sorensen门，其失真度低于$10^{-3}$。我们的工作揭示了高阶耦合项在囚禁离子脉冲控制优化中的重要作用，特别是较高的离子-离子耦合阶数，为在囚禁离子平台中实现更有效的纠缠态提供了一种鲁棒的优化方案。
2022-11-15 quant-ph
Novel designs for Penning ion traps
我们提出了一些替代设计的潘宁离子阱适用于量子信息处理（QIP）与原子离子的应用。第一个陷阱设计是一个简单的阵列长直线，允许容易的光学访问。这个陷阱的原型已建成陷阱Ca+和一个简单的电子检测方案已被用来演示陷阱的操作。另一种陷阱设计由一个导电板组成，导电板上有一个孔，位于连续导电平面上方。最终的陷阱设计是基于一个阵列的垫电极。尽管这种阱设计缺乏上述阱的开放几何形状，但垫设计可以证明在混合方案中是有用的，其中信息处理和量子位存储发生在不同类型的阱中。垫陷阱的行为进行了数值模拟和技术之间的陷阱迅速移动离子进行了讨论。这些不同的设计与未来的实验进行了讨论。所有的设计都适合于构建多个阱阵列，如可扩展离子阱QIP所需。
2006-03-22 quant-ph
Generation of Six-Qubit Cluster State in Ion-Trap System
基于共振边带激发，提出了一种在离子阱系统中产生六量子比特团簇态的方案。人们可以用目前可用的技术在实验上实现这种方案。
2010-02-09 quant-ph
Polariton blockade in the Jaynes-Cummings-Hubbard model with trapped ions
我们在实验上观察到了双离子链中单个极化激元和两个极化激元的动力学。通过驱动两个处于运动蓝边带跃迁的囚禁离子，我们实现了反Jaynes-Cummings-哈伯德模型。当单个极化激元存在于捕获离子链中时，极化激元在离子位点之间跳跃。另一方面，当在每个离子位置处存在单个极化激元时，由于反Jaynes-Cummings相互作用的非线性引起的极化激元-极化激元相互作用，极化激元的跳跃被抑制，从而实现了具有被俘获离子的反Jaynes-Cummings-哈伯德模型中极化激元跳跃的阻断。我们的工作是一个陷阱离子为基础的强相互作用极化激子系统的量子模拟器的发展迈出了一步。
2021-03-09 quant-ph
Quantum gates implementations in the separated ion-traps by fast laser pulses
提出了一种在被单独囚禁的离子之间实现通用量子门的方法。代替用于操纵离子-离子耦合的典型绝热操作，这里通过使用快速激光脉冲非绝热地实现离子之间的可切换耦合。因此，离子之间所需的量子门可以通过仅使用一系列激光脉冲来实现。该方案可以方便地推广到具有可伸缩离子阱的量子计算中。
2012-11-27 quant-ph
Squeezed Coherent States of Motion for Ions Confined in Quadrupole and Octupole Ion Traps
在四极和八极组合（Paul和Penning）和射频（RF）阱的情况下，通过对相干态轨道应用含时变分原理（TDVP），描述了囚禁离子的准经典动力学.提出了一种去量子化算法，使系统的经典Hamilton（能量）函数成为压缩相干态的量子Hamilton的期望值。我们发展了这种方法，并具体化了具有轴对称和射频非谐电势的组合和射频陷阱的量子哈密顿量。我们还建立了我们考虑的特定陷阱的经典哈密顿函数，并找到经典的运动方程。
2017-05-10 quant-ph
Continued fraction solution to the Raman interaction of a trapped ultracold ion with two traveling wave lasers
超冷离子与两束行波激光的喇曼相互作用在离子阱实验中得到了广泛的应用。在不考虑Lamb-Dicke极限和弱激发区的情况下，我们用连分式方法在没有旋波近似的情况下求解了这种相互作用。发现了离子阱系统的一些有趣的特性，特别是对于弱激发区以外的离子。最后，将我们的结果与旋波近似下的解进行了比较。
2000-12-17 quant-ph
Quantum computing with four-particle decoherence-free states in ion trap
提出了量子计算门应用于无退相干态的囚禁离子。由于具有不同量子叠加本征能的分量的时间演化引起的相位变化被完全冻结，基于该模型的量子计算将是完美的。讨论了该方案在未来离子阱量子计算机中的可能应用。
2001-11-07 quant-ph
High fidelity simulations of ion trajectories in miniature ion traps using the boundary-element method
在本文中，我们提出了端盖和线性离子阱的数值模拟结果，分别用于在英国国家物理实验室和因斯布鲁克大学的实验。锶-88和钙-40离子的长期频率计算从离子轨迹，使用边界元和有限差分数值方法模拟。将结果与实验测量结果进行比较。两种数值方法都具有较高的精度，边界元法精度更高。这种模拟可以是设计新的陷阱和陷阱阵列的有用工具。它们也可以用于获得精确的捕获参数所需的离子控制时，没有分析方法是可能的，以及调查由于热电子噪声的离子加热速率。
2005-11-22 quant-ph
Multilayer ion trap technology for scalable quantum computing and quantum simulation
我们提出了一种新的离子阱的制造方法，使多层离子阱的实现可扩展到原则上任意数量的金属介电水平。我们基准我们的方法通过制造一个多层离子阱集成三维微波电路。我们证明了离子捕获和微波控制的超精细态的激光冷却$\,^{9}$是$^{+}$离子在35 $\,μ$米以上的陷阱表面的距离举行。该方法可用于实现大规模离子阱阵列，用于可扩展的量子信息处理和量子模拟。
2018-12-05 physics.atom-ph quant-ph
