【技术实现步骤摘要】
本申请涉及量子计算机，具体涉及用于离子阱的荧光收集装置以及包括该荧光收集装置的量子计算设备。
技术介绍
1、目前，基于离子阱的量子计算设备的研发和应用正在加速部署。这种量子计算设备主要利用离子阱囚禁离子并操纵其量子态来实现量子比特的存储和操纵，同时还利用量子纠缠实现量子并行计算和量子态的传输，并通过测量离子的物理属性来读取量子比特的状态，从而完成量子计算任务。由于读取量子比特的状态是量子计算输出的必要步骤，因此，在基于离子阱的量子计算设备中，探测离子的量子态具有至关重要的作用。通过精确地测量离子的物理属性（如荧光发射）可确定量子比特的状态，从而评估出量子计算的结果。这对于量子计算的发展和实际应用至关重要，有助于不断优化量子算法，提高量子计算的精度和效率。
2、为了有效地测量离子的量子态，需要从离子阱中收集离子发出的荧光光子。这些光子携带着关于离子量子态的重要信息，通过对这些光子的探测和计数，可以完成对量子态的测量。然而，在现有的荧光收集方案中，由于受到离子阱密封结构的限制，因此仅能够通过设置在密封结构一侧上的视窗实现针对离子阱的单侧荧光收集，这种单侧荧光收集方式的收集角度范围有限，难以提升针对离子阱的荧光收集效率。尽管可通过在密封结构上增设多个视窗来扩大针对离子阱的荧光收集角度，但是这需要搭建多个光路才能实现针对离子阱的多侧荧光收集，这不仅会降低量子计算设备的集成度，而且还会增加量子计算设备的成本。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供用于离子阱的荧光收集装置以及
2、根据本专利技术的一方面，提供了一种荧光收集装置，所述装置包括：平面视窗，设置在用于密封离子阱的腔体上；平面视窗，设置在用于密封离子阱的腔体上；球面反射镜，设置在所述腔体内部并且凹向所述平面视窗，所述球面反射镜的曲率半径是所述球面反射镜的焦距的两倍；物镜，设置在所述腔体外部，所述物镜的进光口对准所述平面视窗，其中，囚禁在所述离子阱中的离子设置在所述球面反射镜的曲率中心处，所述球面反射镜的曲率中心位于所述球面反射镜与所述平面视窗之间，使得所述离子向所述球面反射镜辐射的荧光被所述球面反射镜沿着所述荧光入射所述球面反射镜的光路原路反射回所述离子，反射回所述离子的荧光继续沿着所述光路的反向延长线入射到所述平面视窗，使得到达所述平面视窗的荧光包括所述离子向所述球面反射镜辐射的荧光以及所述离子向所述平面视窗辐射的荧光两者，到达所述平面视窗的荧光透过所述平面视窗传送至所述物镜中，传送至所述物镜中的荧光被所述物镜准直成平行光，所述平行光传送至设置在所述腔体外部的光探测装置。
3、根据本专利技术的一个实施例，所述离子阱密封在所述腔体内部的低温超高真空环境中。
4、根据本专利技术的一个实施例，所述离子以4π立体角向周围空间等概率辐射荧光。
5、根据本专利技术的一个实施例，所述球面反射镜、所述离子和所述物镜共轴设置。
6、根据本专利技术的一个实施例，所述球面反射镜的焦比与所述物镜的数值孔径适配。
7、根据本专利技术的一个实施例，所述离子与所述物镜之间的距离为所述物镜的工作距离。
8、根据本专利技术的一个实施例，所述离子与所述物镜的进光口之间的距离基于下式确定：
9、，
10、其中，表示所述物镜的进光口与所述物镜的焦点之间的距离，表示所述物镜与所述离子之间的距离，表示所述平面视窗的折射率，表示平面视窗的厚度。
11、根据本专利技术的一个实施例，所述装置还包括：依次设置在所述物镜与所述光探测装置之间的第一平凸透镜、第二平凸透镜、第三平凸透镜以及凸面相对设置的一对平凸透镜。
12、根据本专利技术的一个实施例，所述离子包括镱离子、钙离子和钡离子中的至少一种。
13、根据本专利技术的一个实施例，所述离子阱包括刀片阱、四级杆阱和针极阱中的至少一种。
14、根据本专利技术的一个实施例，所述球面反射镜由熔融石英、蓝宝石、陶瓷和不锈钢中的一种制成。
15、根据本专利技术的一个实施例，所述球面反射镜的表面镀覆有用于增强对荧光的反射的反射膜。
16、根据本专利技术的一个实施例，所述球面反射镜的表面镀覆有用于减少电荷堆积的掺锡氧化铟（ito）膜。
17、根据本专利技术的另一方面，还提供了一种量子计算设备，所述量子计算设备如上所述的荧光收集装置。
18、本专利技术提供的荧光收集装置能够在无需增设物镜的情况下通过设置在用于密封离子阱的腔体内部的球面反射镜将离子阱的荧光收集效率至少提升两倍。对于使用根据本专利技术的示例性实施例的荧光收集装置从离子阱中收集荧光的离子阱量子计算设备而言，本专利技术提供的荧光收集装置还能够显著地提升量子态探测的精度和效率，进而提升量子比特状态读取的保真度、增强量子比特的相干性、提高量子门操作的保真度以及加速其量子计算进程等，这有助于实现更准确、更可靠和更高效的量子计算。
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1.一种荧光收集装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子阱密封在所述腔体内部的低温超高真空环境中。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子以4π立体角向周围空间等概率辐射荧光。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述球面反射镜、所述离子和所述物镜共轴设置。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述球面反射镜的焦比与所述物镜的数值孔径适配。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子与所述物镜之间的距离为所述物镜的工作距离。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子与所述物镜的进光口之间的距离基于下式确定：
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子包括镱离子、钙离子和钡离子中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子阱包括刀片阱、四级杆阱和针极阱中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述球面反射镜的表面镀覆有用于增强对荧光的反射的反射膜。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述球面反射镜的表面镀覆有用于减少电荷堆积的掺锡氧化铟膜。
14.一种量子计算设备，其特征在于，包括权利要求1-13中任意一项所述的荧光收集装置。
...【技术特征摘要】
1.一种荧光收集装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子阱密封在所述腔体内部的低温超高真空环境中。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子以4π立体角向周围空间等概率辐射荧光。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述球面反射镜、所述离子和所述物镜共轴设置。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述球面反射镜的焦比与所述物镜的数值孔径适配。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子与所述物镜之间的距离为所述物镜的工作距离。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述离子与所述物镜的进光口之间的距离基于下式确定：
8.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：范昊燊，周卓俊，罗乐，
申请(专利权)人：国开启科量子技术安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：
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