【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子计算，特别涉及一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法及系统。
技术介绍
1、基于囚禁离子的离子阱技术是实现在量子计算的主流技术之一，并在量子模拟，精密测量领域也发挥了重要作用。
2、离子晶体由被束缚在离子阱(pual结构或者penning结构)中的复数离子构成，由阱提供的外部势场束缚以及离子间的库仑力共同决定了离子的特定排布。对于常见的一维离子链结构，由于成像视场限制，可束缚的离子数数目一般小于200个。而且由于空间尺度过大，离子链首尾的相互作用较弱，为实现大规模量子计算带来挑战。
3、相比与一维离子链，二维或多维离子晶体可在相同成像视场下容纳更多的离子，离子间的相互作用也更强，是一种有较好前景的量子计算结构。然而相同离子数的二维或多维离子晶体存在多个构型相异的稳定晶体结构。
4、在离子晶体装载过程中，由于每次产生离子初始条件的不同，最终生成的二维或多维晶体结构也不尽相同。而且在离子晶体囚禁时，如果受到外界环境的干扰，例如背景气体碰撞、电压波动等，离子晶体结构也会发生改变。这种产生结构不可重复性(即出现目标结构的概率较低)的缺陷为离子寻址以及操控带来困难。一种方法是将离子调整为雾团后重新冷却为晶格，或者使用电压对离子晶体进行重拍列，但这些方法的成功率较低。
5、因此，需要设计一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法及系统，以解决上述技术问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了一种在离子阱中装载离子晶体构型的
2、s1：在离子阱中囚禁一维或多维离子晶体并确定预设离子晶体构型；
3、s2：通过在预设位置施加相应排列构型的激光场，对准预设离子晶体构型，形成针对预设离子晶体构型的局域光势阱；
4、s3：基于局域光势阱与电势阱的叠加形成新的总势阱，增加预设离子晶体构型的加载概率，或实现对预设离子晶体构型的稳定囚禁，或用于引导预设离子晶体构型之外的离子晶体构型转变为预设离子晶体构型。
5、进一步地，还包括，在步骤s1之前进行以下步骤：
6、s0：通过模型计算n个离子可能出现的各种离子晶体构型，统计各种构型出现的概率。
7、进一步地，步骤s1中，确定预设离子晶体构型还包括：
8、在离子阱中囚禁一维或多维离子晶体后，测量相应不同离子晶体构型的格点坐标，以确定预设离子晶体构型，具体包括：
9、s11：通过成像设备测量已装载的离子晶体构型及其格点坐标并验证所述概率的准确率，其中，xi、yi和zi分别表示第i个离子的x、y和z轴的坐标，n为离子数，成像设备包括为ccd或cmos；
10、s12：在准确率达到要求时，则能确定预设离子晶体构型。
11、进一步地，在准确率未达到要求时，进行以下步骤：
12、调节离子阱的各个直流电极电压与射频电压，以提升达到出现预设离子晶体构型的概率要求值。
13、进一步地，步骤s11中，通过成像设备测量已装载的离子晶体构型，并验证所述概率的准确率，包括：
14、s111：控制n个离子形成一维或多维离子晶体状态，并通过成像方法确认对应离子晶体构型及其格点坐标；
15、s112：重复步骤s111多次，以得到n个离子出现的各种离子晶体构型，统计各个构型出现的实际概率；
16、s113：将实际概率与步骤s0得到的概率进行比较。
17、进一步地，所述成像方法包括：
18、通过物镜和成像设备收集离子荧光；
19、其中物镜将离子放大到预设倍数后在成像设备上呈现出离子图像；
20、分析所述离子图像，以得到对应离子晶体构型及其格点坐标，其中，对于三维离子晶体，通过改变物镜与离子的距离、或物镜与成像设备的距离实现不同位置的离子在成像设备上的清晰成像。
21、进一步地，相应排列构型的激光场获取，包括：
22、根据不同离子晶体构型的格点坐标，施加局域的激光场，当激光光斑小于5um即可形成光镊，其中，当所述光镊的数量大于一个时则构成光镊阵列；所述光镊从频率上包括为红失谐或蓝失谐的激光光镊，从光斑结构上包括为高斯光场、非高斯光场或拉盖尔-高斯光场所形成的不同光镊；
23、通过扫描激光光斑位置，对实际出现的离子晶体构型的格点坐标进行对准，确定当前离子晶体构型所对应排列构型的激光场，以获取预设离子晶体构型所对应的相应排列构型的激光场；其中，所述排列构型的激光场为光镊对准所需离子时，光镊的激光中心所构成的阵列，其三维坐标为其中，xj、yj和zj分别表示第j个光镊的激光中心x、y和z轴的坐标，m为预设的光镊数，n为离子数；
24、进一步地，其中，步骤s2中，对准预设离子晶体构型，包括：
25、在实际出现的离子晶体构型中确定一种符合预设构型的离子晶体构型，并施加所对应排列构型的激光场，选择预设离子晶体构型所对应排列构型的激光场，利用m个激光光斑对包含n个离子的离子晶体进行对准。
26、进一步地，对准的方法包括：
27、s21：调节离子阱外部光路的参数，以使离子荧光与光镊同时在ccd上成像，观察到各自光斑；
28、s22：利用调节装置调节入射角度，使得离子荧光与光镊在ccd上的成像满足预设要求的重合，完成光镊对预设离子晶体构型的格点对准。
29、进一步地，步骤s2中，对准的方法还包括：
30、s23：维持光镊，并在离子两个比特能级之间进行拉姆齐干涉测量，测量光镊的光对所处格点离子的交流斯塔克位移；
31、通过调节光镊位置，使所处格点离子在光镊中发生交流斯塔克位移值达到预设值，以达到光镊最终对预设离子晶体构型的格点对准。
32、进一步地，步骤s2中，对准的方法还包括：
33、s24：通过调节光镊位置使离子的两个能级跃迁速率达到预设值，以达到光镊最终对预设离子晶体构型的格点对准。
34、进一步地，步骤s3中，增加预设离子晶体构型的加载概率，包括：
35、重新在离子阱中装载n个离子，开启预设的k个激光光斑，对准预设k个位置形成局域光势阱，并通过激光冷却n个离子，形成预设离子晶体构型，增加预设离子晶体构型的加载概率；或，
36、使用n个激光光斑，按照预设的离子晶体构型在局域光势阱中囚禁n个同位素原子，使用离子化激光将n个原子转变为n个离子，此时离子被电势阱和局域光势阱的叠加形成新的总势阱囚禁，增加预设离子晶体构型的加载概率。。
37、进一步地，步骤s3中，引导预设离子晶体构型之外的离子晶体构型转变为预设离子晶体构型，
38、利用m个光镊拖动或扰动对应离子晶体中的m个离子，以使对应离子晶体跨越势阱转变为预设离子晶体构型，其中，m≤n。
39、另一方面，本专利技术还提供一种在离子阱中装载二维离子晶体构型的系统，其特征在于，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，还包括，在步骤S1之前进行以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤S1中，确定预设离子晶体构型还包括：
4.根据权利要求3所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，在准确率未达到要求时，进行以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤S11中，通过成像设备测量已装载的离子晶体构型，并验证所述概率的准确率，包括：
6.根据权利要求5所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，所述成像方法包括：
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，相应排列构型的激光场的获取，包括：
8.根据权利要求7所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤S2中，对准预设离子晶体构型，包括：
10.根据权利要求9所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤S2中，对准的方法还包括：
11.根据权利要求8所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤S2中，对准的方法还包括：
12.根据权利要求1-5任一项所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤S3中，增加预设离子晶体构型的加载概率，包括：
13.根据权利要求7所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤S3中，引导预设离子晶体构型之外的离子晶体构型转变为预设离子晶体构型，
14.一种在离子阱中装载二维离子晶体构型的系统，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，还包括，在步骤s1之前进行以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤s1中，确定预设离子晶体构型还包括：
4.根据权利要求3所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，在准确率未达到要求时，进行以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，步骤s11中，通过成像设备测量已装载的离子晶体构型，并验证所述概率的准确率，包括：
6.根据权利要求5所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，所述成像方法包括：
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种在离子阱中装载离子晶体构型的方法，其特征在于，相应排列构型的激光场的获取，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：金沐灿，贺冉，
申请(专利权)人：合肥幺正量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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