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
Modular cryostat for ion trapping with surface-electrode ion traps
我们提出了一个简单的低温恒温器的目的与表面电极离子阱使用，设计一个负担得起的，大的冷却功率的商业脉冲管制冷机。具有单个真空空间的模块化真空外壳便于内部访问，并实现快速周转和灵活性，以备将来修改。长矩形窗口在离子阱的平面中提供近360度的光学访问，而阱附近的圆形底部窗口使得能够在不需要真空光学器件的情况下进行NA 0.4光收集。我们评估系统的机械和热特性，我们量化离子捕获性能捕获40 Ca+，发现小杂散电场，长离子寿命，和低离子加热速率。
2013-05-01 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Optimal Surface-Electrode Trap Lattices for Quantum Simulation with Trapped Ions
被俘获的离子提供长的内部状态（自旋）相干时间和由库仑力介导的强粒子间相互作用。这使得它们成为耦合晶格的量子模拟的有趣候选者。为此，希望能够以精确控制的局部电势捕获任意构象的离子。我们提供了一个通用的方法，用于优化周期性的平面射频电极产生离子捕获电位与指定的陷阱位置和曲率以上的电极平面。线性编程算法保证了全局最优的电极形状，只需要一个单一的射频电压源进行操作。优化方法产生平滑且展现低碎裂的最终电极形状。这种特性对于表面电极陷阱晶格的实际制造是期望的。
2009-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Heating and ion transport in a Y-junction surface-electrode trap
我们测量离子加热运输后，整个Y结表面电极离子阱。通过仔细选择的陷阱电压更新率在绝热运输沿陷阱臂，我们观察到最小的加热相对于异常加热背景。通过结的传输导致在轴向方向上每次遍历37和150量子之间的感应加热。为了可靠地测量在这个范围内的加热，我们比较实验边带包络，包括四阶边带，理论模型。边带包络方法使我们能够覆盖一阶边带和多普勒再冷却方法无法达到的中间加热范围。我们的结论是，量子信息处理在这个离子阱将可能需要交感冷却，以支持结传输后的高保真度门。
2014-03-19 physics.atom-ph quant-ph
Fast and high-yield fabrication of axially symmetric ion-trap needle electrodes via two step electrochemical etching
尽管在建设先进的微制造离子阱的进展，保罗陷阱采用针电极保留其意义，由于制造的简单性，同时生产高品质的系统，适合于量子信息处理，原子钟等低噪声操作，如尽量减少“多余的微动”，针应该是几何直线和相互精确对齐。先前用于制造离子阱针电极的自终止电化学蚀刻采用敏感且耗时的技术，导致可用电极的成功率低。在这里，我们展示了一种蚀刻技术，用于快速制造直的和对称的针，具有很高的成功率和一个简单的设备，降低了对对准缺陷的敏感性。我们的技术的新颖性来自于使用两步方法，采用湍流蚀刻进行快速成形和缓慢蚀刻/抛光，用于随后的表面抛光和尖端清洁。使用这种技术，离子阱的针电极可以在一天内制造，大大减少了新设备的设置时间。通过这种技术制造的针已被用于我们的离子阱，以实现几个月的捕获寿命。
2022-06-29 physics.atom-ph physics.ins-det 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
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
Surface-Electrode Architecture for Ion-Trap Quantum Information Processing
我们研究了微型线性射频Paul离子阱的表面安装电极几何结构。电极驻留在衬底上的单个平面中，并且阱的赝势最小值位于衬底上方一定距离处，该距离为电极的横向范围或间隔的量级。这种架构提供了将标准的微制造原理应用于多路复用离子阱的构造的可能性，这可能是特别重要的，鉴于最近提出的基于单个被捕获离子的大规模量子计算。
2005-07-06 quant-ph
A microfabricated surface-electrode ion trap in silicon
构建量子信息处理器的前景是离子阱制造技术的许多最新进展的基础。量子计算机可能由大量相互连接的离子阱构成。我们报道了一种微米级离子阱，采用微机电系统（MEMS）技术从体硅制造。阱的几何形状相对简单，因为电极位于离子下方的单个平面中。在这样的陷阱中，我们限制激光冷却的24Mg+离子约40微米以上的表面。制造技术和平面电极几何形状一起使得这种方法适合于按比例放大到大型陷阱阵列。此外，我们观察到很少的激光冷却光被电极散射。
2006-05-19 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
Operation of a planar-electrode ion-trap array with adjustable RF electrodes
实现适于大规模量子计算和模拟的捕获原子离子系统的一种途径是创建离子阱的二维阵列。然后，通过调整离子的相对位置和频率，可以打开和关闭最近相邻离子之间的相互作用。我们演示和表征的平面电极离子阱阵列的操作。驱动陷阱与网络的锁相射频（RF）谐振器，提供独立可变的电压幅度，我们改变的位置和运动频率的40Ca+离子在两个维度内的陷阱阵列。随着陷阱结构的适当小型化，这为大规模量子模拟提供了可行的架构。
2015-07-16 physics.atom-ph quant-ph
Electrostatics of surface-electrode ion traps
表面电极射频阱是一种很有前途的制备适合于大规模量子信息处理的复杂离子阱网络的方法。在本文中，我们提出了分析方法模拟SE陷阱的无隙平面近似，并将这些方法应用到两个特定类别的SE陷阱。对于SE环陷阱，我们推导出陷阱的几何形状和强度的解析表达式，并计算在没有控制场的情况下的深度。对于对称的多极配置（类似物的线性保罗陷阱），我们推导出电极的几何形状和强度的解析表达式。此外，我们提供了任意好的近似的陷阱深度在没有静态字段，并确定获得最大深度的要求。最后，我们表明，SE多极子的深度可以大大影响控制领域。
2008-12-18 quant-ph
Preliminary characterization of a surface electrode Paul trap for frequency metrology
本研究针对频率计量开发171Yb+单离子光学钟用表面电极Paul阱，测试原型阱加热率，推出绝缘体上硅微制造芯片并完成超高真空电学测试，给出合适参数及设计改进路线图。
2024-10-09 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
Surface trap with dc-tunable ion-electrode distance
我们描述了一种新型的表面电极保罗陷阱的设计，制造和操作，产生沿轴垂直于陷阱表面的射频零。这种布置使得能够仅经由直流电极来控制垂直捕获电势并且因此控制离子-电极距离。我们证明了在平面铜涂层铝电极上方的$50~μ$ m和$300~μ$ m之间的高度处的单个$^{40}$ Ca $^+$离子的限制。我们调查在垂直方向的微动，并显示冷却的平面和垂直运动模式到基态。这种陷阱架构提供了一个平台，用于精确的电场噪声检测，捕获垂直的离子串，而没有过多的微动，并可能有可扩展的量子计算机与表面离子阱的应用。
2018-07-16 physics.atom-ph quant-ph
Microwave control electrodes for scalable, parallel, single-qubit operations in a surface-electrode ion trap
我们提出了一个表面离子阱设计，结合微波控制电极的近场单量子比特控制。电极被布置成在一个阱区中提供微波场的任意频率、振幅和偏振控制，而类似的一组电极用于使相邻区中的残余微波场为零。选择几何形状以将残余场减少到0.5%水平而不使场归零;对于实际微波幅度和相位漂移，通过归零，串扰可以保持接近0.01%水平。使用标准的光刻和电镀技术，我们已经制作了一个证明的原则电极阵列与两个捕获区。我们讨论的微波驱动系统的要求和前景的可扩展性，一个大的二维陷阱阵列。
2013-10-14 physics.atom-ph 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
Surface-electrode trap with an integrated permanent magnet for generating a magnetic-field gradient at trapped ions
我们报告的表面电极陷阱与SmCo磁铁安排在一个四极配置下的陷阱电极。因为磁铁和被捕获的离子之间的距离可以小到几百微米，所以在没有任何热管理的情况下产生大的磁场。使用单个捕获的$^{40}$ Ca $^+$离子在几个位置处的塞曼分裂来测量磁场梯度，并且获得36 T/m的场梯度。这样的场梯度对于产生状态依赖力是有用的，这对于使用射频或微波辐射的量子模拟和/或量子门操作是重要的。
2016-10-01 physics.atom-ph quant-ph
Multiplexed Control at Scale for Electrode Arrays in Trapped-Ion Quantum Processors
针对QCCD离子阱量子处理器电极控制中电子资源与布线复杂度过高的问题，提出用单个高速DAC生成时分复用信号替代专用DAC，以10,000电极仅需13个FPGA和104个高速DAC，大幅降低资源需求并完成概念验证。
2025-07-09 quant-ph
Optimal electrode geometries for 2-dimensional ion arrays with bi-layer ion traps
我们调查电极的几何形状需要产生周期性的2维离子阱阵列与放置在两个平面之间的电极的离子。我们提出了一个概括的陷阱包含一个单一的电极平面到这个新的几何形状，并表明，对于一个给定的离子电极距离和施加的电压，离子间的距离可以减少到3个相对于单平面陷阱的一个因素。这表示阱密度增加了9倍，相邻离子的振荡运动之间的交换耦合增加了27倍。所得的陷阱也是相当深的双层结构比单面陷阱。这些结果为量子模拟提供了一条有效的途径。我们还讨论了制造此类陷阱的问题。
2014-11-04 physics.atom-ph 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
A complicated Duffing oscillator in the surface-electrode ion trap
在自制的表面电极阱（SET）中，观察到了单囚禁$^{40}Ca^{+}$离子的振荡耦合和不同的非线性效应。这种耦合和非线性是由于单电子晶体管的不同布局和制造的不对称性而产生的高阶多极势引起的。用多重尺度法求解了一个复杂的含耦合振荡项的Duffing方程，与实验值吻合得很好。我们在SET中的研究有助于利用现有技术探索非线性和抑制量子比特的不稳定性与囚禁离子的量子信息处理。
2013-02-16 quant-ph
Heat dissipation and its relation to molecular orbital energies in single-molecule junctions
本文从理论上研究了单分子结中的热耗散。为了研究电极中的热耗散以及透射光谱与电子结构之间的关系，我们考虑了一个两能级分子桥连接电极的玩具模型。利用Landauer方法，我们展示了分子结电极中的热耗散与其传输特性的关系。我们发现，在一般情况下，热量是不相等的，在左，右电极的结，它依赖于偏置极性和相对于费米能级的分子的能级的位置。此外，我们利用C $_{60}$分子作为一个结，结果显示出良好的协议与玩具模型。我们的结果是显着的热耗散的意义上说，他们可以用来检测的能级的结在运输过程中占主导地位。
2016-08-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterization and Reduction of Capacitive Loss Induced by Sub-Micron Josephson Junction Fabrication in Superconducting Qubits
约瑟夫森结形成了几乎所有超导量子比特的基本非线性。当两个超导电极彼此在$\sim$ 1 nm内时形成结。虽然这些电极的电容是总量子位电容的一小部分，但附近的电场更集中在电介质表面，并且可以对总耗散做出实质性贡献。我们已经开发了一种技术，实验研究这些电极对超导器件质量的影响。我们使用$λ$ /4共面波导谐振器来模拟集总量子位电容。我们将可变数量的这些电极添加到这些谐振器的电容端，并测量附加损耗如何随电极数量而变化。然后，我们减少这种损失的制造技术，限制了大量的有损反射。然后，我们将这些技术应用于在硅衬底上制造Xmon量子位，以将其能量弛豫时间提高5倍。
2017-06-03 quant-ph
A surface electrode point Paul trap
我们提出了一个模型以及实验结果的表面电极射频保罗陷阱，具有圆形电极的几何形状非常适合于捕获的单离子和二维平面离子晶体。陷阱设计与微加工兼容，并提供了一种简单的方法，通过该方法可以改变表面上方被捕获离子的高度\emph{in situ}。我们证明捕获的单个和几个Sr+离子的离子高度范围为200-1000微米的多普勒激光冷却下几个小时，并使用这些来表征陷阱，发现与我们的模型很好的协议。
2010-08-09 physics.atom-ph 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
Laser ablation loading of a surface-electrode ion trap
我们演示了通过激光烧蚀将$^{88}$ Sr $^+$离子加载到毫米级表面电极离子阱中。用于烧蚀的激光器是脉冲三倍频Nd：YAG，脉冲能量为1-10 mJ，持续时间为3-5 ns。不需要额外的激光器来对烧蚀的材料进行光刻。激光烧蚀靶的几种候选材料的效率和寿命的特征在于通过测量捕获的离子荧光信号的数量连续的负载。此外，激光烧蚀用于加载陷阱，其陷阱深度（40 meV）低于电子碰撞电离加载通常成功的位置（$\gtrsim$ 500 meV）。
2007-06-22 quant-ph
Cooperative engineering the multiple radio-frequency fields to reduce the X-junction barrier for ion trap chips
本文提出通过设置多个独立射频电极并调节各射频电压幅值来降低离子阱X结赝势势垒和离子高度变化，无需改变电极几何结构，并可结合几何优化进一步降低势垒、简化制造精度要求，为二维离子晶体调控提供全电学自由度。
2024-11-24 quant-ph
Phoenix and Peregrine Ion Traps
Phoenix和Peregrine离子阱是基于硅技术的微型表面电极离子阱。两者都是线性陷阱，使用对称的6轨设计，具有分段的内部和外部控制电极。陷阱是在Sandia的高光学访问（HOA）平台上制造的，以提供良好的光学访问掠过陷阱表面。它们采用2.54 mm间距的定制陶瓷引脚或焊盘栅格阵列封装。Peregrine陷阱是一种表面陷阱，所有电极都在一个平面上。Phoenix阱具有相同的布局，但是具有中央贯穿衬底的槽，并且其内部控制电极处于较低的金属水平。这两个陷阱都提供了测量衬底温度的手段，并通过集成的铝和钨丝加热器件。
2020-09-04 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
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
Ablation loading of barium ions into a surface electrode trap
本文研究激光烧蚀离子装载进入不同尺寸表面电极阱，通过解析模型预测装载概率，并在730微米和50微米离子-电极距离的低温阱中成功装载钡离子，验证了模型，为限量同位素在量子信息处理中的应用提供指导。
2023-03-03 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
Scaling and Suppression of Anomalous Quantum Decoherence in Ion Traps
我们测量和表征了一个原子离子的异常运动退相干限制在一个新的射频离子阱，具有可移动电极的最低量子水平。测量了退相干率随电极接近度的变化规律，当电极从300 K冷却到150 K时，退相干率被抑制了一个数量级。这提供了直接的证据表明，被困离子的异常运动退相干源于电极上的微观噪声电位。这些观察结果与使用捕获离子或其他基于电荷的系统的量子信息处理方案有关。
2006-02-01 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
Heating rate measurement and characterization of a prototype surface-electrode trap for optical frequency metrology
我们提出了一个原型表面电极（SE）陷阱的表征，作为实现一个紧凑的，单离子光学时钟的基础上Yb $^+$的第一步。SE阱的使用将是受益于洁净室制造技术和量子信息处理领域的技术进步的关键因素。我们成功地证明了在500 $μ$ m的电极距离捕获，其特征在于我们的陷阱的寿命和加热速率。据我们所知，这是SE阱中加热速率测量所达到的最高距离。用简单材料实现的这种简单的5线设计产生$\mathbf{8\times 10^3}$声子/s的加热速率。我们提供了一个分析的性能，这种原型陷阱的光频率计量。
2022-06-16 physics.atom-ph quant-ph
Electrode Configurations for Fast Separation of Trapped Ions
我们研究的问题，设计电极结构，使对离子被带到一起，并迅速在线性保罗陷阱阵列分离。我们表明，这是可取的电极结构，以产生一个直流八极矩与交流。径向四极对于电击穿限制可以施加的电压的情况下，我们表明，八极比四极更苛刻的结构的特征距离尺度大于1至10微米（典型的材料）时。我们提出了各种方法和优化的结构组成的一至三层的电极。三层结构允许在从陷阱中心到最近的电极表面的给定距离r处的最快操作，但是当结构的总厚度w受到约束时，导致w < r，则两层结构可能是优选的。
2005-09-23 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
Cryogenic Time-Division-Multiplexed Voltage Control for Scalable Trapped-Ion Quantum Processors
QuEL, Inc.（QuEL公司）；Center for Quantum Information and Quantum Biology, The University of Osaka（大阪大学量子信息与量子生物学中心）；International Center for Elementary Particle Physics (ICEPP), The University of Tokyo（东京大学 elementary 粒子物理国际中心）；Komaba Institute for Science (KIS), The University of Tokyo（东京大学驹场理学研究所）；e-trees. Japan, Inc.（e-trees日本公司）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；Inamori Research Institute for Science (InaRIS)（稻盛科学研究所）
本研究开发并验证了极低温环境下基于时间分复用的电压控制方案，用于静态和动态电极，解决了真空导管瓶颈问题。
2026-05-18 quant-ph
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
Demonstration of a quantum logic gate in a cryogenic surface-electrode ion trap
我们展示了一个单一的被困离子在低温，表面电极陷阱的量子控制技术。Sr+的窄光学跃迁与谐波俘获势的基态和第一激发运动态一起形成两量子比特系统。光学量子比特跃迁易受磁场涨落的影响，我们用一种简单而紧凑的方法使用超导环来稳定它。运动量子比特的退相干被低温环境抑制。AC斯塔克位移校正是通过控制脉冲序列器中的激光相位来实现的，从而消除了对额外激光器的需要。利用条件脉冲序列实现了原子和运动态的量子过程层析成像。通过这些技术，我们在单个离子中展示了Cirac-Zoller控制非门，平均保真度为91（1）%。
2010-07-27 quant-ph
Distance scaling of electric-field noise in a surface-electrode ion trap
我们研究了反常离子运动加热，限制多量子位量子逻辑门保真度在捕获离子系统，作为离子电极分离的函数。使用一个多区表面电极陷阱，其中离子可以在五个离散的距离，从金属电极，我们测量的电场的离子上的离子电极距离$d$所经历的噪声的幂律依赖性。我们发现一个缩放约$d^{-4}$，无论电极是在室温或低温下，尽管事实上，加热速率约两个数量级小，在后一种情况下。通过将噪声应用于电极的辅助测量，我们排除了测量的加热速率和缩放的技术限制。我们还测量频率缩放的固有电场噪声接近$1/f$在这两个温度。这些测量排除了考虑不具有$d^{-4}$距离依赖性的非稳态加热模型，包括当前感兴趣的几个微观模型。
2017-12-01 physics.atom-ph quant-ph
TSV-integrated Surface Electrode Ion Trap for Scalable Quantum Information Processing
在这项研究中，我们报告了第一个铜填充通过硅通孔（TSV）集成离子阱。TSV直接放置在电极下方，作为离子阱和玻璃中介层之间的垂直互连，促进了随着电极数量的增加和复杂性的演变而进行的任意几何设计。TSV的集成将离子阱的形状因子降低了80%以上，使寄生电容从32 pF降至3 pF。尽管没有接地屏蔽层，但仍实现了低RF耗散。整个制造过程是在12英寸晶圆上进行的，并与已建立的CMOS后端工艺兼容。我们证明了装载和激光冷却单88 Sr+离子的陷阱的基本功能。它被发现，这两个加热速率（17量子/毫秒的轴向频率为300 kHz）和寿命（~30分钟）是类似尺寸的陷阱相媲美。这项工作开创了TSV集成离子阱的发展，丰富了可扩展量子计算的工具箱。
2021-01-04 physics.atom-ph quant-ph
Ideal Multipole Ion Traps from Planar Ring Electrodes
我们提出了一套平面，环形，同心电极，只需要射频电位限制离子的多极离子阱的设计。我们说明了理想的性能的陷阱，考虑几个简单的情况下，限制离子。我们预测，毫米级的表面陷阱可能有陷阱深度高达几十电子伏，或微动幅度低至几十纳米的2-D离子晶体，当一个共同的领域的幅度的参数被选择。几个例子的陷阱进行了研究，和缩放的电压，频率和陷阱规模，对于少量的离子，这些属性的推导。此外，具有非常高的荷质比的离子可以被限制在阱中，并且具有非常不同的荷质比的物质可以同时被限制。这些陷阱的应用包括量子信息科学、频率计量学和冷离子-原子碰撞。
2012-08-21 physics.atom-ph quant-ph
Electrostatics of Gapped and Finite Surface Electrodes
我们提出了近似方法计算三维电势的有限表面电极，包括电极之间的间隙，并估计有限的电极厚度和下面的电介质基板的影响。作为一个例子，我们优化了射频表面电极环离子阱，并发现这些因素中的每一个减少捕获的长期频率在现实情况下不到5%。这个小的幅度验证了忽略电极之间的间隙和有限电极范围的影响的通常假设。
2010-01-30 quant-ph
Creation of double-well potentials in a surface-electrode trap towards a nanofriction model emulator
我们展示了一个微制造的表面电极离子阱，可作为纳米摩擦仿真器和相互作用系统的多体动力学的研究。该阱能够在径向方向上实现单阱和双阱捕获势，其中两个势阱之间的距离可以通过施加的RF电压来调节。在双阱结构中，可以形成平行的离子串，这是一个适合于模拟Frenkel-Kontorova（FK）模型的系统。我们推导出的条件下，陷阱功能的FK模型仿真器。阱的设计使得两个离子串之间的库仑相互作用变得显著。我们报道了这种小型陷阱电极的微加工工艺以及用钙离子进行单阱和双阱操作的实验结果。与在这项工作中所展示的陷阱，我们可以创建原子访问，自组装库仑系统的FK模型中的一个广泛的调谐范围内的参数。这使得它成为一个有前途的系统量子模拟，但也为研究纳米摩擦在一维和更高的维系统。
2021-01-02 physics.atom-ph 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
Effects of electrode surface roughness on motional heating of trapped ions
电场噪声是囚禁离子量子计算中运动加热的主要来源。虽然已经在贴片电势和表面吸附物模型中研究了阱电极几何形状对电场噪声的影响，但是电流理论仅考虑光滑表面。粗糙度的影响，表面电极的一个普遍存在的功能，知之甚少。我们研究它的影响电场噪声推导出一个粗糙的表面格林函数和评估其对吸附物表面结合能的影响。在低温下，加热速率的贡献，从吸附物预测表现出指数的敏感性，局部表面曲率，导致一个大的净增强或抑制光滑表面。对于典型的实验参数，总加热速率的数量级变化可以发生依赖于吸收的空间分布。通过仔细设计电极表面轮廓，我们的研究结果表明，加热速率可以调整的数量级。
2016-05-09 physics.atom-ph quant-ph
A cryogenic surface-electrode elliptical ion trap for quantum simulation
囚禁离子的二维晶体是一个很有前途的系统，它可以用来实现诸如自旋阻挫等具有挑战性的问题的量子模拟。在这里，我们提出了一种设计的表面电极椭圆形离子阱，产生一个2-D的离子晶体，并服从微加工，这将使更高的模拟耦合率，以及相互作用的基础上产生的磁力的芯片上的电流。工作在11 K低温环境中，我们实验验证到5%以内的数值模型的离子晶体的结构中的陷阱。我们还探索了使用磁力实施量子模拟的可能性，并使用1A的电流，对于10微米的离子晶体高度，计算出J耦合率为10^3 / s量级。
2010-08-31 physics.atom-ph quant-ph
Characterizing the spatial potential of a surface electrode ion trap
本文提出一种基于参数化表达式和优化方法精确表征表面电极离子阱空间电势及杂散场的技术，利用离子位置与阱频率等多类实验数据降低系统误差，最终将频率误差控制在±0.5%以内、位置误差小于1.2 μm。
2024-02-26 physics.app-ph quant-ph
Implementation of a symmetric surface electrode ion trap with field compensation using a modulated Raman effect
我们描述了一种新的表面电极保罗离子阱设计的实验中可扩展的量子信息处理与Ca+的制造和表征。一个值得注意的特点是一个对称的电极图案，它允许离子运动的正常模式的旋转，产生有效的多普勒冷却与一个单一的光束平行的平面表面。我们提出并实现了一种技术，在所有方向上的微动补偿使用红外再泵浦激光束直接进入陷阱平面。最后，我们采用了一种替代的再泵浦方案，增加离子荧光和简化加热速率测量多普勒冷却过程中获得的时间分辨离子荧光。
2009-11-15 physics.atom-ph quant-ph
Deterministic loading of a single strontium ion into a surface electrode trap using pulsed laser ablation
几十年来，囚禁离子量子技术已经发展到精密测量、量子通信和量子计算等应用领域。离子阱中离子振荡运动的相干控制对于离子进行量子信息处理具有重要意义，然而，由波动的电场环境引起的不希望的退相干经常阻碍稳定和高保真的操作。避免这种情况的一种方法是采用脉冲激光烧蚀进行离子加载，这是一种显著减少污染和产热的加载方法。尽管烧蚀负载的有用性，例如与低温环境的兼容性，但是在实际应用中，负载离子的数量的随机性仍然是有问题的，在实际应用中，优选地以高概率负载确定数量的离子。在本文中，我们展示了一个有效的装载单个锶离子到表面电极陷阱产生的激光烧蚀和连续的光电离。单离子加载到表面电极阱中的概率被测量为82%，并且这种确定性的单离子加载允许将离子一个接一个地加载到阱中。我们的结果开辟了一条途径，以开发更多的功能离子阱量子器件的清洁，稳定，和确定性的离子加载。
2021-09-10 physics.optics quant-ph
Isotope-selective Ion Trapping via Sympathetic Cooling using a Surface-Electrode Trap with a Hole for Collimated Atomic Loading
Graduate School of Engineering Science, Osaka University（大阪大学工学研究科）；Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science, Kyoto University（京都大学辐射核科学综合研究所）；National Institute of Information and Communications Technology（信息通信研究机构）；Center of Quantum Information and Quantum Biology, Osaka University（大阪大学量子信息与量子生物学中心）
通过表面电极陷阱的孔进行协同冷却实现同位素选择性离子捕获，用于高效制备同位素离子对和离子链。
2025-05-08 physics.atom-ph quant-ph
Surface-electrode ion trap with integrated light source
在低温（8 K）表面电极离子阱中，原子离子被捕获在单模光纤的尖端。光纤用作激光的集成源，其驱动$^{88}$ Sr $^+$的四极量子位跃迁。通过捕获场的节点的\emph{in situ}平移，光纤输出的高斯光束轮廓被成像，并且以离子处的模腰为单位的光纤-离子位移被优化到模中心的$0.13\pm0.10$内，而不管初始偏移量为$3.30\pm0.10$。观察到在$125 μ$ W处的纤维诱导充电为在$670 μ$ m的离子高度处的${\sim}10$ V/m，其中充电和放电时间常数分别为$1.6\pm0.3$ s和$4.7\pm0.6$ s。这项工作对于大规模的基于离子的量子信息处理具有重要意义，其中表面电极设计中的光学集成可能是一项关键的使能技术。
2011-03-27 physics.atom-ph quant-ph
Loading of a surface-electrode ion trap from a remote, precooled source
我们展示了离子加载到表面电极陷阱（SET）从远程，激光冷却源的中性原子。我们首先将$\sim$ $10^6$中性$^{88}$ Sr原子从与SET没有视线的烘箱中冷却并装入磁光阱中。然后用共振激光将冷原子推入陷阱区，在那里它们随后被光电离并被捕获在4.6 K低温下工作的SET中。我们目前的加载过程的研究表明，我们的技术实现了离子加载到一个浅（15毫电子伏深度）陷阱的速率高达125个离子/秒，同时大大减少了金属沉积在陷阱表面上的量相比，从热蒸汽直接加载。此外，我们注意到，由于在我们的加载过程中的同位素过滤的多个阶段，这种技术具有增强同位素选择性的潜力超过其他加载方法。从干净的、同位素纯的和预冷的源快速加载可以使得能够利用大的、低深度的表面阱阵列中的捕获离子进行可扩展的量子信息处理，所述表面阱阵列不适于从热原子束加载。
2012-07-20 physics.atom-ph quant-ph
