Single qubit manipulation in a microfabricated surface electrode ion trap
我们在硅衬底上微制造的表面陷阱中捕获单个$^{171}$ Yb $^+$离子，并展示了一套完整的高保真单量子比特操作的超精细量子比特。在没有激光冷却的情况下超过20分钟的捕获时间和低至0.8（0.1）量子/ms的加热速率表明这些微阱中的稳定捕获条件。实验结果表明，相干时间超过1秒，量子比特状态检测精度高，单量子比特旋转。
2013-08-09 physics.atom-ph quant-ph
A microfabricated surface-electrode ion trap for scalable quantum information processing
我们展示了一个新颖的几何形状，其中电极位于一个单一的平面和离子局限于此平面以上的射频保罗陷阱中的单个原子离子的限制。该器件以相对简单的制造过程实现，并且对于使用大量离子的量子态操纵和量子信息处理具有重要意义。我们限制激光冷却Mg-24离子约40微米以上的平面金电极。我们测量离子的运动频率，并将其与模拟进行比较。从测量的离子从陷阱的逃逸时间，我们还确定了约5个运动量子每毫秒的陷阱频率为5.3 MHz的加热速率。
2006-01-26 quant-ph
A microfabricated surface ion trap on a high-finesse optical mirror
提出了一种基于表面电极离子阱的离子阱光学集成新方法。对于422 nm处的光，发现由于制造引起的额外光学损耗低至80 ppm。集成的反射镜被用来证明从一个单一的88 Sr+离子捕获的$169\pm4 μ$米以上的反射镜的光收集，和成像。
2011-07-05 physics.atom-ph quant-ph
Assembling a ring-shaped crystal in a microfabricated surface ion trap
我们报告的实验与微表面陷阱设计用于捕获一个环中的离子链。通过旋转对称设计并通过测量和抑制不期望的电场，在环的大部分上实现均匀的离子分离。在最小化这些领域的离子被限制主要由射频捕获赝势和它们的相互库仑排斥。环形晶体由大约400个Ca $^+$离子组成，估计平均分离为9个$μm$。
2015-01-26 physics.atom-ph quant-ph
Operation of a Microfabricated Planar Ion-Trap for Studies of a Yb$^+$-Rb Hybrid Quantum System
为了研究原子离子与超冷中性原子的相互作用，对离子晶体的定位进行亚$μ$ m控制是非常重要的。为此，我们介绍了一个微型平面离子阱具有21个直流电极。离子阱由自制的FPGA电压源控制，该电压源向每个DC电极提供独立可变的电压。为了确保离子晶体相对于被捕获的中性原子的稳定定位，我们集成到整体设计中的一个紧凑的镜面磁光芯片陷阱（mMOT）的冷却和限制中性$^{87}$ Rb原子。本文介绍了原子-离子混合芯片、微加工平面离子阱，并利用离子阱晶体确定离子寿命、阱频率、离子定位和微动补偿精度。
2019-03-19 physics.atom-ph quant-ph
Imaging trapped ions with a microfabricated lens for quantum information processing
囚禁离子是实现量子信息处理的主要系统。实现大规模捕获离子QIP所需的大多数技术都已得到证实，只有一个关键例外：大规模并行离子光子互连。微加工相位菲涅耳透镜阵列是一种很有前途的互连解决方案，它很容易与离子阱阵列集成，用于大规模QIP。在这里，我们展示了第一次成像的捕获离子与微制造的真空中的PFL，表现出适合可扩展的QIP的性能。观察到4.2 +/-1.5%的单离子荧光收集效率，与先前测量的PFL的光学性能一致。离子信号和背景散射之间的对比度为23 +/- 4。成像系统的焦深为19.4 +/- 2.4 μm，视场为140 +/- 20 μm。我们的方法还为中性原子和固态QIP架构中的高效光耦合提供了集成解决方案。
2010-10-26 physics.optics quant-ph
Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap
在本文中，我们提出的设计，建模和实验测试的表面电极离子阱制造的异质结构配置，包括硅衬底，二氧化硅绝缘体，和铝电极。该线性陷阱具有对称RF引线、两个内部DC电极和40个单独的横向DC电极的几何形状。使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）来生长二氧化硅柱以将悬垂铝电极与铝接地平面电分离。除了制造，我们报告的技术建模的控制电压的解决方案和成功的演示捕获和穿梭离子在两个相同构造的陷阱。
2010-11-16 physics.ins-det quant-ph
Controlling trapping potentials and stray electric fields in a microfabricated ion trap through design and compensation
在利用捕获离子的量子信息处理中的最新进展已经证明需要能够保持和操纵许多（>10）离子的链的新离子阱架构。在这里，我们提出了一个新的线性陷阱，可扩展的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，是非常适合这个挑战的微制造的设计和详细的表征。44个独立控制的直流电极提供了许多自由度，需要构建非谐势阱，穿梭离子，合并和分裂离子链，精确调谐长期模式频率，并调整陷阱轴的方向。直流电极上的微加工电容器抑制射频拾取和过度微动，而顶层接地层简化了电场的建模并保护下面的陷阱结构。在基板上的局部孔提供从下面的烘箱进入捕获区域，允许通过物种选择性光电离确定性加载特定的同位素/元素序列。孔径和射频电极的形状进行了优化，以尽量减少扰动的捕获赝势。实验室实验验证了模拟电势并表征了捕获寿命、杂散电场和离子加热速率，而空间变化杂散电场的测量和消除可以形成几乎等间距的离子链。
2012-07-09 physics.atom-ph quant-ph
Reliable transport through a microfabricated X-junction surface-electrode ion trap
我们报告的设计，制造和表征的微加工表面电极离子阱，支持受控运输通过二维交叉的线性捕获区排列在一个九十度的十字架。该陷阱是用超大规模集成电路（VLSI）技术制造的，该技术与缩放到更大的量子信息处理器兼容。的射频（RF）电极的形状进行了优化与遗传算法，以最大限度地减少轴向赝势垒，并尽量减少在运输过程中的离子加热。78个独立的直流控制电极可以对捕获电位进行精细控制。我们证明了可靠的离子传输之间的连接腿，捕获的离子链几乎相等的间距在一个陷阱的线性部分，并合并和分裂离子从这些链。多普勒冷却的离子在没有损耗的情况下在结腿之间往返超过10^5次，在没有激光冷却的情况下连续往返超过65次。
2013-02-25 physics.atom-ph quant-ph
In-Vacuum Active Electronics for Microfabricated Ion Traps
用于量子信息社区的微制造离子阱的出现使得研究小组能够构建包含前所未有数量的捕获区的阱。然而，随着器件复杂性的增长，控制这些器件所需的数模转换器（DAC）通道的数量也在增长，一些最大的阱组件现在需要近一百个DAC通道。为这些通道提供进入真空室的电连接可能是庞大的，并且难以按比例扩大到超过捕集电极的当前数量。本文报道了一种真空DAC系统的开发和测试，该系统仅使用9个真空馈通连接来控制78个电极的微制造离子阱。该系统的特征在于捕获单个和多个$^{40}$ Ca $^+$离子。测得的轴向模式的稳定性，离子加热速率，并为被捕获的离子的传输性能与外部（空气侧）的商业DAC的系统。
2014-06-02 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
A microfabricated ion trap with integrated microwave circuitry
我们描述了一个表面电极离子阱的设计，制造和测试，它采用了微波波导，谐振器和耦合元件，用于使用近场微波操纵捕获的离子量子比特。陷阱被优化以提供大的微波场梯度，以允许对离子运动自由度的状态依赖性操纵，这是多量子比特纠缠的关键。的陷阱的中心附近的微波场的特点是驱动超精细跃迁在一个单一的激光冷却的43 Ca+离子。
2012-10-11 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Two-dimensional ion trap lattice on a microchip
微制造离子阱是利用捕获离子实现可扩展量子计算的主要进展。更通用的离子阱设计的开发，其中定制的离子阵列被定位在微加工表面上方的二维空间中，将导致在量子模拟、计量学和原子-离子相互作用等各个领域的应用。当前的表面离子阱通常具有低的阱深度和高的加热速率，这是由于可以施加到它们的电压的大小限制了量子门的保真度。在这里，我们报告的制造过程中，允许应用非常高的电压，在一般的微加工设备，并使用这种先进的制造一个二维离子阱晶格上的微芯片。我们的微制造架构允许可靠的捕获的2D离子晶格，长的离子寿命，基本之间的晶格站点和确定性地引入缺陷的能力，离子晶格之间的穿梭。
2014-04-25 physics.atom-ph quant-ph
Ball-grid array architecture for microfabricated ion traps
用于量子信息研究的最先进的微制造离子阱接近一百个控制电极。我们在这里报告的发展和测试的一个新的架构，微制造离子阱，球栅阵列（BGA）连接，这是适合日益复杂的陷阱设计。在BGA阱中，贯穿衬底的通孔将电信号从阱管芯的背侧带到顶侧上的表面阱结构。金球凸块键合将陷阱管芯的背面连接到中介层，用于从载体路由信号。制作在陷波管芯中的沟槽电容器取代了面积密集的表面或边缘电容器。BGA架构中的焊线被移到中介层。这最后两个特征允许捕获裸片减小到仅产生捕获场所需的面积。更小的陷阱尺寸允许寻址激光束的紧密聚焦，用于快速单量子比特旋转。以$^{40}$ Ca $^+$离子为特征的BGA阱的性能在离子加热速率、模式频率稳定性和存储寿命方面与先前的表面电极阱相当。我们演示了在第二个BGA阱中与$^{171}$ Yb $^+$离子的双量子比特纠缠操作。
2015-05-05 physics.atom-ph physics.ins-det 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
Trapping and coherent manipulation of a Rydberg atom on a microfabricated device: a proposal
我们提出应用原子芯片技术来捕获单个原子的圆形里德堡态。微加工结构的小尺寸将允许具有足够高的微波截止频率以抑制里德伯原子的自发发射的阱几何形状，从而为在很长时间内完全控制外部和内部自由度铺平道路。捕获是通过使用精心设计的电场来实现的，该电场由简单的电极图案产生。我们表明，它是可能的，激发，然后陷阱，一个和只有一个里德伯原子从一个基态原子云限制在一个磁性原子芯片，本身集成了里德伯陷阱。同时捕获原子的不同内部状态，为我们提供了一个非常有吸引力的原子-表面和原子-原子相互作用的研究两个级别的系统。我们描述了一种方法，减少了三个数量级的失相由于斯塔克位移，诱导的陷阱场，内部跃迁频率。这允许与自旋回波技术相结合，在第二范围内随时间保持内部相干性。这种方法通过受控的光位移来操作，使得两个内部状态的斯塔克位移几乎相同。我们彻底识别并说明不完美的来源，以便在每一步验证我们的建议的现实性。
2005-06-14 physics.atom-ph quant-ph
Engineering of Microfabricated Ion Traps and Integration of Advanced On-Chip Features
囚禁的原子离子是量子物理基础研究的一个有效工具。近年来，它们已经成为几种实用技术的最有前途的候选者之一，包括量子计算机，量子模拟器，原子钟，质谱仪和量子传感器。先进的制造技术，从建立和新生学科，正在部署，以创造新的，可靠的设备，以期大规模集成和商业兼容性。这篇评论将涵盖离子捕获的基本原理，然后继续讨论上述应用的离子阱的设计。我们将分析目前正在使用的微加工技术，以及促使材料和工艺选择的各种考虑因素。最后，我们讨论了目前的努力，包括先进的，片上功能到下一代离子阱。
2020-05-11 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
In situ detection of RF breakdown on microfabricated surface ion traps
微加工表面离子阱是许多基于离子的量子信息科学平台的主要组件。随着实验努力提高性能，这些设备的操作参数被推到其物理能力的边缘。当施加的射频（RF）电压增加太多时，器件可能会经历称为RF击穿的破坏性放电事件。我们介绍了两种新的技术，在原位检测RF击穿，我们实施的同时，在桑迪亚国家实验室生产的表面离子阱的击穿阈值的特征。在这些陷阱中，击穿并不总是在增加RF电压后立即发生，而是通常在几分钟甚至几小时后发生。在真空中RF击穿的建议机制的背景下，该结果是令人惊讶的。此外，由击穿事件引起的可见损坏的程度随着施加的电压而增加。为了最大限度地减少射频功率首次应用于设备时损坏的可能性，我们的研究结果强烈建议，电压应在几个小时的过程中斜升，并监测击穿。
2021-12-17 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Universal Control of Ion Qubits in a Scalable Microfabricated Planar Trap
我们展示了在表面电极离子阱中的离子链的通用量子控制，包括在一维最近邻量子计算架构中执行算法所需的所有基本操作。我们用拉曼激光实现了单量子比特操作和最近邻纠缠门，并将这两种类型的门交错。我们报告的平均单量子比特门的量子数高达0.970（1）的两个，三个和四个离子链，其特征在于随机基准。我们在三离子链的最近邻对之间产生Bell态，保真度高达0.84（2）。我们结合了一个和两个量子比特门来执行双离子链中CNOT门的量子过程层析成像，并且我们报告了0.76的整体保真度（3）。
2016-02-19 physics.atom-ph quant-ph
Reduction of heating rate in a microfabricated ion trap by pulsed-laser cleaning
本文用三倍频Nd：YAG激光器在355 nm波长下产生的ns脉冲对平面微加工离子阱中的电极进行了激光清洗。在几个能量密度水平的激光脉冲的效果已经通过测量作为其长期频率的函数的单个~（40）Ca ~+俘获离子的加热速率进行了测试。已观察到电场噪声谱密度减少约50%，并且还注意到频率依赖性的变化。这是第一个报道的实验，其中的“异常加热”现象已减少通过删除源，而不是减少其热驱动的低温冷却。这种技术可能开辟的方式，以更好地控制离子微阱中的电极表面质量。
2011-10-07 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det quant-ph
Fault Localization in a Microfabricated Surface Ion Trap using Diamond Nitrogen-Vacancy Center Magnetometry
本文利用金刚石氮-空位中心磁成像技术，定位离子阱芯片短路故障，发现根因为片上沟槽电容器失效，展示了量子传感技术对量子硬件故障诊断的独特价值。
2024-12-16 physics.ins-det quant-ph
Increased surface flashover voltage in microfabricated devices
随着对微加工器件中改进性能的需求，施加更大的电场和电压的必要性变得明显。当在真空中操作时，电压通常受到沿电介质表面形成的表面闪络的限制。通过修改制造工艺，我们发现有可能使闪络电压增加一倍以上。我们的发现对实现下一代微米和纳米制造的设备和用于实现可扩展的离子量子技术的片上离子阱阵列的制造具有重大影响。
2014-04-25 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Industrially Microfabricated Ion Trap with 1 eV Trap Depth
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften（奥地利科学院量子光学与量子信息研究所）
本文提出一种大规模MEMS微加工工艺制备的3D离子陷阱，实现1 eV陷阱深度，适用于长周期高稳定性离子囚禁，具备高可扩展性。
2022-03-01 physics.app-ph physics.atom-ph 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
Scalable ion traps for quantum information processing
我们报告的设计，制造和初步测试的150区阵列内置在一个“表面电极”的几何微加工在一个单一的基板上。我们证明了运输的腿之间的一个'Y'型结的原子离子和测量原位加热率的离子。陷阱设计演示了使用基本组件设计库，可以快速组装，以形成针对特定实验优化的结构。
2009-09-14 quant-ph
Experimental system design for the integration of trapped-ion and superconducting qubit systems
我们提出了一个离子捕获和超导量子比特系统的实验集成的设计，作为实现量子混合系统的一步。该方案解决了实现这样一个系统的两个关键困难：一个组合的微制造离子阱和超导量子位架构，以及促进这两种技术的实验基础设施。在Kielpinski等人[1]工作的基础上，我们描述了一种微型离子阱的设计、模拟和制造过程，该离子阱能够将离子耦合到具有数十kHz耦合强度的超导微波LC电路。我们还描述了现有的困难，结合离子捕获设置到稀释冰箱与超导量子位的实验基础设施和目前的解决方案，可以立即实施使用当前的技术。
2016-06-13 physics.ins-det quant-ph
Geometries and fabrication methods for 3D printing ion traps
用于量子信息处理的大多数微制造离子阱是2D“表面电极”类型或3D“晶片”类型。表面电极陷阱极大地简化了制造过程，并有望通过标准的半导体工业制造技术实现捕获离子量子计算机的规模化。然而，与3D几何形状相比，它们的几何形状限制它们具有低得多的捕获效率、深度和谐波。相反，3D几何形状提供了优越的陷阱性能，但制造更复杂，限制了规模的潜力。我们描述了新的“沟槽”的几何形状，存在于这两个范例之间的设计空间。它们仍然允许简单的平面电极层，但具有更有利的捕获特性。我们建议这样的陷阱可以在2D晶片上3D打印，其中已经集成了微加工组件，从而保留了表面电极陷阱的所有集成技术和缩放优势。作为原理的证明，我们使用双光子直接激光写入光刻来印刷具有所提出的几何形状的所需电极结构。
2022-05-31 physics.atom-ph quant-ph
Single-qubit-gate error below 10^-4 in a trapped ion
对于一个9 Be+俘获离子超精细态量子比特，我们证明了每个随机化单量子比特门的错误概率为2.0（2）x 10^-5，低于通常被认为足以用于容错量子计算的阈值估计10^-4。9 Be+离子被捕获在微制造的表面电极离子阱上方，并利用施加到阱电极的微波进行操纵。实现低单量子比特门错误是构建可扩展量子计算机的重要一步。
2012-04-19 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 transport in an ion trap design for two-dimensional lattices
Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学实验物理研究所）；Infineon Technologies Austria AG（英飞凌奥地利股份公司）；Department of Physics, Stockholm University（斯德哥尔摩大学物理系）；Alpine Quantum Technologies GmbH（阿尔卑斯量子技术有限责任公司）
本文提出一种利用直流电压调节离子径向距离的离子陷阱设计，通过特定过渡区实现离子输运，并展示了单离子在过渡区的输运及陷阱中心的电场和加热率测量。
2026-05-15 quant-ph
High-fidelity trapped-ion quantum logic using near-field microwaves
我们在一个室温微制造离子阱中演示了一个由近场微波驱动的双量子位逻辑门。我们测量的门保真度为99.7（1）\%，这高于容错量子计算所需的最低阈值。使用由陷阱电极产生的微波磁场梯度，将门直接应用于$^{43}$ Ca $^+$“原子钟“量子比特（相干时间$T_2^*\approx 50\,\mathrm{s}$）。我们介绍了一种动态解耦门方法，它稳定了量子比特对波动的交流。塞曼位移，避免了需要零微波场。
2016-06-27 quant-ph
Integrated optical addressing of a trapped ytterbium ion
我们报告的加热速率和光致电荷的表征上的微加工表面离子阱集成波导。微加工表面离子阱作为量子信息平台，由于其可扩展性和可制造性而受到相当大的关注。在这里，我们的特点交付435 nm的光通过波导和衍射耦合器到一个单一的镱离子在一个紧凑的陷阱。我们在室温下测量$0.78\pm0.05$ q/ms的轴向加热速率，并且没有看到由于波导的存在而增加。此外，由于暴露的电介质外耦合器的充电引起的电场在初始移位之后在正常操作下稳定。稳定后的频率不稳定性测量为0.9 kHz。
2021-04-27 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
Trapped-ion quantum logic gates based on oscillating magnetic fields
振荡磁场和场梯度可以用于实现单量子比特旋转和纠缠多量子比特量子门，用于捕获离子量子信息处理（QIP）。随着在微制造的表面电极陷阱的电流产生的字段，它应该是可能的，以实现门的速度是可比的光诱导门的离子晶体和电极表面之间的现实距离。磁场介导的门有可能显着减少开销的激光束控制和运动状态初始化相比，目前的QIP实验与捕获离子，并将消除自发散射，在激光介导的门退相干的基本来源。
2008-05-14 quant-ph
High-fidelity preparation, gates, memory and readout of a trapped-ion quantum bit
我们实现了所有的单量子位操作的容错量子计算所需的最低阈值以上的显着，使用存储在超精细的“原子钟“状态的$^{43}$钙$^+$捕获离子量子位。我们测量了99.93%的组合量子位状态准备和单次读出保真度，$T^*_2=50$秒的存储器相干时间，以及99.9999%的平均单量子位门保真度。这些结果是在室温微加工表面阱中实现的，而不使用磁场屏蔽或动态去耦技术来克服技术噪声。
2014-10-07 quant-ph
Probing surface electric field noise with a single ion
我们报告室温电场噪声测量结合原位表面表征和清洁的微制造离子阱。我们使用单离子电场噪声传感器结合表面清洁和分析工具，研究真空中金属表面的电场噪声与表面成分之间的关系。这些实验是在一个新的设置，集成了离子捕获能力与表面分析工具。我们发现，铝铜表面的表面清洁可以显着降低电场噪音水平，但表面不需要经过原子清洁即可显示出与最好的低温陷阱相当的噪音水平。清洁后的噪声水平足够低，以允许容错捕获离子量子信息处理上的微制造的表面陷阱。
2013-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Error Compensation of Single-Qubit Gates in a Surface Electrode Ion Trap Using Composite Pulses
由于难以稳定离子位置处的驱动场，激光驱动的量子逻辑操作对捕获的离子量子位的保真度往往低于微波驱动的逻辑操作。通过稳定的驱动光场和复合脉冲序列的使用，我们证明了高保真单量子比特门的超精细量子比特的$^{171}\text{Yb}^+$离子被困在一个微加工表面电极离子阱。使用随机化基准测试协议来表征门误差，并且测量$3.6(3)\times10^{-4}$的每个随机化Clifford群门的平均误差。我们还报告了实验实现的回文脉冲序列，有效地扩展序列长度。
2015-07-20 quant-ph
Demonstration of integrated microscale optics in surface-electrode ion traps
在离子阱量子信息处理中，高效的荧光收集对于快速、高保真的量子比特探测和离子-光子纠缠是至关重要的。未来多离子处理器的预期尺寸需要可扩展的光收集系统。我们报告的开发和测试的微加工表面电极离子阱与集成的高数值孔径（NA）的荧光收集的离子阱。当耦合到低NA透镜时，光学系统固有地可扩展到单个设备中的大型反射镜阵列。我们证明了稳定的捕获和运输的40 Ca+离子超过0.63 NA的量子阱，并观察到一个因素的1.9增强光子收集相比，平面区域的陷阱。
2011-10-20 quant-ph
Fabrication and heating rate study of microscopic surface electrode ion traps
我们报告的加热速率测量在一个微制造的金-蓝宝石表面电极离子阱的捕获高度约为240微米。使用多普勒再冷却方法，我们的特点陷阱加热率在一个扩展区域的陷阱。陷阱的噪声谱密度落在室温下离子阱中报道的噪声谱的范围内。我们发现，在第一个月的操作的加热速率增加约一个数量级。加热速率的增加是最大的离子负载区域的陷阱，提供了一个强烈的暗示，表面污染起着重要作用，过度的加热速率。我们讨论了文献中发现的数据和可能的关系，异常加热的噪声和其他系统中的耗散源，即杂质原子吸附在金属表面和非晶的杂质。
2010-09-15 quant-ph
High Speed, High Fidelity Detection of an Atomic Hyperfine Qubit
在捕获离子量子信息处理中，快速有效地检测量子比特状态对于实现量子纠错和执行诸如无环孔贝尔测试的基本测试是至关重要的。在这项工作中，我们提出了一个简单的量子比特状态检测协议的$^{171}$ Yb $^+$超精细原子量子比特捕获在一个微制造的表面陷阱，使高收集效率的散射光子和低背景光子计数率。我们证明了平均检测时间分别为10.5、28.1和99.8 μ $\upmu$ s，分别对应于99%、99.85（1）%和99.915（7）%的状态检测准确度。
2013-04-11 quant-ph
Predicting electric-field noise in ion traps using fluctuation electrodynamics
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）；Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Alpine Quantum Technologies GmbH（阿尔卑斯量子技术有限公司）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出一种基于涨落电动力学的方法，用于预测离子阱中由材料体涨落引起的电场噪声，适用于任意几何结构，并验证了介电材料贡献主导，预测误差在四倍以内。
2026-10-02 quant-ph
Characterization of Inner Control Electrode Shapes for Multi-Layer Surface-Electrode Ion Traps
Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）
本研究通过分析多层表面电极离子陷阱中非对称内控电极形状，提高了空间效率和控制信号数量，实现了更紧凑的结构和更高效的直流供电。
2026-02-27 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
Wavelength-Scale Imaging of Trapped Ions using a Phase Fresnel lens
采用微加工相位菲涅耳透镜对射频Paul阱中的镱离子进行成像。离子被激光冷却到接近369.5 nm跃迁的多普勒极限，减少离子运动，使每个离子形成近点源。通过检测同一跃迁上的离子荧光，实现了光斑尺寸小于440 nm（FWHM）的近衍射极限成像。这是第一次演示的图像捕获离子的分辨率上的过渡波长的顺序。
2011-01-24 physics.optics quant-ph
Ion-trap electrode preparation with Ne$^+$ bombardment
我们描述了一种非原位表面清洁程序，该程序被证明可以减少离子阱电极的运动加热。在离子阱的最终组装和真空处理之前立即实施的这种预清洁处理去除了电极制造过程之后残留的表面污染物。我们采用了多角度离子轰击处理，旨在清洁电极表面和电极间的间隙的微制造陷阱。此过程有助于最大限度地减少可能导致电气短路的电极之间间隙中的再沉积。我们报告的加热速率在以这种方式制备的针型离子阱是低一个数量级相比，类似的未经处理的针型陷阱使用相同的实验设置。
2014-06-06 physics.atom-ph quant-ph
Quantum simulation of the hexagonal Kitaev model with trapped ions
本文详细研究了表面电极离子阱阵列中耦合自旋系统的量子模拟，并用六角Kitaev模型的一个建议实现来说明我们的发现[A. Kitaev，Annals of Physics 321，2（2006）]。发现构成此类量子模拟器的有效（伪）自旋相互作用与被俘获离子之间的偶极-偶极相互作用成正比，并且由可由状态相关力驱动的运动介导。在表面电极和覆盖电极的存在下，导出了捕获电位和相互作用的精确形式。这些结果是起点，以获得一个优化的表面电极的几何形状，用于捕获离子在所需的蜂窝晶格Kitaev的模型，其中我们设计的偶极-偶极相互作用的方式，允许耦合所有三种键类型的模型同时，而不需要时间离散化。最后，我们提出了一个简单的线结构，可以被纳入一个微加工芯片，以产生本地化的状态依赖的力量，驱动这个特定的模型所规定的耦合，这样的线结构应该是适应许多其他情况。
2011-11-30 quant-ph
Transport quantum logic gates for trapped ions
目前正在进行许多努力来构建能够进行大规模量子信息处理（QIP）的设备。虽然QIP已经在几个系统中的几个量子位上得到了证明，但为了构建大规模的设备，必须克服许多技术困难。在大规模QIP的一个提议中，捕获的离子由精确控制的光脉冲操纵，并移动通过并存储在多区阱阵列中。精确控制离子几何构型和激光相互作用所需的技术开销是苛刻的。在这里，我们提出的方法，显着减少开销的激光束控制上执行单个和多个量子位操作被困离子。我们展示了如何通过固定的激光束控制离子的运输来实现一组通用的操作。同时，每个激光束可以用于并行执行许多操作，从而潜在地减少执行QIP任务所需的总激光功率。实现传输门所需的整体设置比在静止离子上执行的门更简单。我们还提出了一个基于传输的双量子比特门方案，利用微制造的永磁体，可以在没有激光的情况下执行。
2007-08-28 quant-ph
Quantum control of the motional states of trapped ions through fast switching of trapping potentials
我们提出了一种新的方案，用于提供电压的电极的微离子阱，使访问的制度，其中的捕获电位的变化的时间尺度上比被困离子的长期振荡频率的周期短得多。这为加速分段离子阱中的离子传输开辟了可能性，并且还提供了比它们之间的库仑相互作用更快地控制串中的多个离子的途径。我们使用这些方法在表面电极阱中进行离子输运的理论研究，表征了一些重要控制参数所需的精度。我们还讨论了利用这些技术产生运动态压缩的可能性和局限性，这可以作为研究高斯态纠缠的基础。
2012-12-21 physics.atom-ph quant-ph
Prospects for using integrated atom-photon junctions for quantum information processing
我们研究使用集成的，微制造的光子原子结的量子信息处理应用。在不需要腔增强的情况下，利用显微光学增强了原子与光的耦合。量子比特被集体编码在光学捕获原子的小集合的超精细状态中，通过Rydberg封锁机制耦合，似乎是一个特别有前途的实现。快速和高保真的门操作，高效的读出，长相干时间和大量的量子位都是可能的。
2011-05-04 quant-ph
Single-qubit gates with errors at the $10^{-7}$ level
本研究在室温无磁屏蔽的微加工表面电极囚禁离子系统中，实现了误差低至$1.5(4) \times 10^{-7}$的单量子比特Clifford门，探明了速度与保真度的权衡关系及主要误差来源。
2025-05-28 quant-ph
High-fidelity trapped-ion qubit operations with scalable photonic modulators
针对囚禁离子实验传统光调制器难规模化的问题，研究团队设计制备了可与表面电极离子阱单片集成的压电光机光子多级Mach-Zehnder调制器，经量子层析表征实现了超99.7%的单量子比特门保真度。
2023-08-24 quant-ph
Dynamics of moire trion and its valley polarization in microfabricated WSe2/MoSe2 heterobilayer
由堆叠具有略微不同的晶格失配的两个单层半导体引起的莫尔势充当光学产生的激子的周期性量子限制，从而导致空间有序的零维量子系统。然而，由于莫尔势的不均匀性引起的许多峰的系综平均和加宽的发射，探索莫尔激子的本征光学性质存在限制。在这项研究中，我们提出了一种基于聚焦Ga+离子束的微加工技术，这使我们能够控制源自莫尔电位的峰的数量，从而探索未知的WSe 2/MoSe 2异质双层膜的莫尔光学特性。通过利用这种方法，我们揭示了从一个单一的莫尔激子和带电的莫尔激子（trion）在静电掺杂条件下的排放。我们显示的动量暗莫尔trion状态以上的明亮trion状态的分裂能量约为4 meV，并澄清的动力学是由初始trion人口在明亮的状态。此外，负圆偏振发射的程度和它们的谷动力学的莫尔三角形是由一个非常长的谷弛豫过程持续约700 ns。我们的研究结果可以被看作是一个扩展，我们在量子光学应用领域的突破性努力使用莫尔超晶格。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Transport Implementation of the Bernstein-Vazirani Algorithm with Ion Qubits
使用捕获的离子量子比特在一个可扩展的微制造表面陷阱，我们执行伯恩斯坦-Vazirani算法。我们的架构依赖于离子传输，可以很容易地扩展到更大的系统。该算法证明使用两个和三个离子链。对于三个离子，与使用相同数量的Oracle查询的经典系统相比，实现了改进。对于两个离子和一个查询，我们以97.6（8）%的概率正确地确定未知比特串。对于三个离子，我们成功的概率为80.9（3）%。
2016-03-17 physics.atom-ph quant-ph
Individual-Ion Addressing with Microwave Field Gradients
单个量子位寻址是量子信息处理的许多实例的先决条件。我们证明了这种能力的捕获离子量子比特与微波近场提供的电极结构集成到一个微加工的表面电极陷阱。我们描述了四种方法，可用于量子信息实验与超精细水平的量子比特。我们对两个相距4.3 μ m的25 Mg+离子实施了单独控制，发现自旋翻转串扰误差在10^（-3）的数量级。
2012-11-04 physics.atom-ph 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
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
