利用激光，研究人员发明了一种精确的方法来控制单个钡量子比特，推进了量子计算的前景。

研究人员开创了一项突破性的技术，利用激光来控制由钡组成的单个量子比特，比目前已知的任何其他方法都更可靠。可靠地控制量子比特是实现未来功能量子计算机的关键一步。

滑铁卢大学量子计算研究所(IQC)开发的这种新方法使用一个小玻璃波导来分离激光束，并将它们聚焦在相距4微米的地方，大约是一根头发宽度的百分之四。每束聚焦在目标量子位上的激光束可以并行控制的精度和程度是以往研究无法比拟的。

精确和避免串扰

“我们的设计将串扰的数量——落在相邻离子上的光的数量——限制在非常小的相对强度0.01%，这在量子界是最好的，”IQC和滑铁卢物理与天文学系的教授K. Rajibul Islam博士说。“与之前对单个离子进行灵活控制的方法不同，基于光纤的调制器不会相互影响。

“这意味着我们可以在不影响相邻离子的情况下与任何离子交谈，同时还能最大限度地控制每个离子。这是我们在学术界和工业界所知道的最灵活的高精度离子量子比特控制系统。”

绿色激光是操纵钡离子能态的正确能量。资料来源:滑铁卢大学

钡离子:量子计算的新宠儿

科学家们的目标是钡离子，因为它们在捕获离子量子计算领域越来越受欢迎。钡离子具有方便的能量状态，可以用作量子位的零和一级，并且可以用可见的绿光进行操作，而不像其他原子类型需要更高能量的紫外光才能进行相同的操作。这使得研究人员可以使用商业上可用的光学技术，而这些技术不适用于紫外线波长。

波导芯片及其潜力

研究人员发明了一种波导芯片，可以将单个激光束分成16个不同的光通道。然后，每个通道被引导到单独的基于光纤的调制器中，这些调制器独立地提供对每个激光束强度、频率和相位的灵活控制。然后使用一系列类似于望远镜的光学透镜将激光束聚焦到它们的小间距。研究人员用精密的相机传感器测量了每束激光的聚焦和控制。

“这项工作是我们在滑铁卢大学使用原子系统构建钡离子量子处理器的努力的一部分，”伊斯兰的联合首席研究员、IQC和滑铁卢物理与天文学系的教员Crystal Senko博士说。“我们使用离子是因为它们是相同的、自然产生的量子比特，所以我们不需要制造它们。我们的任务是找到控制它们的方法。”

创新的波导方法展示了一种简单而精确的控制方法，显示了操纵离子来编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中实现的前景。

参考文献:“具有10?4级强度串扰的Ba+量子比特的敏捷单个寻址的引导光系统”，作者:Ali Binai-Motlagh, Matthew L Day, Nikolay Videnov, Noah Greenberg, Crystal Senko和Rajibul Islam, 2023年7月27日，量子科学与技术。2058 - 9565 . DOI: 10.1088 / / ace6cb