[發(fā)明專利]離子光腔耦合系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810925152.0
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN110828022B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹冬陽
• 申請（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號: G21K1/00
• 分類號: G21K1/00
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 榮甜甜;劉芳

本申請實施例提供一種離子光腔耦合系統(tǒng)及方法，其中，該系統(tǒng)包括：第一光腔、第二光腔以及包括直流電極對、接地電極對和射頻電極對的離子阱系統(tǒng)，離子阱系統(tǒng)中排列有至少一個離子，至少一個離子的平衡位置所在直線且與第一光腔的兩個光腔鏡面垂直的直線為中心線，第二光腔與中心線具有夾角，第一光腔用于獲取量子光信號并將其發(fā)送至離子阱系統(tǒng)中，以使該量子光信號的量子信息轉(zhuǎn)移到離子阱系統(tǒng)的單個離子中，第二光腔用于獲取離子阱系統(tǒng)中單個離子的量子信息。該技術(shù)方案提高了離子與光子的量子態(tài)轉(zhuǎn)移效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種離子光腔耦合系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

離子阱是聯(lián)合電場和磁場來捕獲帶電粒子的一項技術(shù)，廣泛用于質(zhì)譜儀、基本物理參數(shù)測定、量子計算、量子存儲、原子鐘等領(lǐng)域。由于離子阱具有優(yōu)良的量子比特性質(zhì)，因而可以應(yīng)用于量子信息處理中，通過建立量子網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)量子信息在兩個甚至多個量子節(jié)點(diǎn)(離子阱)中無失真地傳輸。多離子與光腔的耦合是構(gòu)建復(fù)雜量子網(wǎng)路和分布式量子計算的核心。因而，如何在離子系統(tǒng)中實現(xiàn)離子與光腔的強(qiáng)耦合是實現(xiàn)分布式量子計算的關(guān)鍵。

目前，現(xiàn)有的離子光腔耦合方案中，光腔沿著離子阱系統(tǒng)徑向設(shè)置。在該方案的量子節(jié)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)移過程中，首先利用光腔獲取量子光信號，并將離子阱系統(tǒng)中離子與量子光信號的相互作用保存到兩個離子的糾纏態(tài)相位信息中，其次將兩離子的糾纏態(tài)相位信息轉(zhuǎn)化為光子的相位信息，最后光子的相位信息從光腔射出，并經(jīng)過光纖信道傳到遠(yuǎn)距離的另一個量子節(jié)點(diǎn)，實現(xiàn)了量子節(jié)點(diǎn)信息的轉(zhuǎn)移。

然而，上述離子光腔耦合方案中，由于量子光信號進(jìn)入光腔后，與離子相互作用的作用結(jié)果需要保存到兩個離子的糾纏態(tài)相位信息中，再轉(zhuǎn)化為光子的相位信息從光腔出射，離子與光子的量子態(tài)轉(zhuǎn)移效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁╇x子光腔耦合系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有離子光腔耦合方案中離子與光子的量子態(tài)轉(zhuǎn)移效率低的問題。

本申請第一方面提供一種離子光腔耦合系統(tǒng)，包括：第一光腔、第二光腔，以及離子阱系統(tǒng)，所述離子阱系統(tǒng)，包括：直流電極對、接地電極對和射頻電極對；

所述離子阱系統(tǒng)中排列有至少一個離子，所述至少一個離子的平衡位置所在直線為中心線，所述中心線與所述第一光腔的兩個光腔鏡面垂直；

所述第一光腔的兩個光腔鏡面對稱分布在所述至少一個離子的兩側(cè)，所述第二光腔的兩個光腔鏡面分布在所述第一光腔的兩個光腔鏡面形成的空間中，且所述第二光腔與所述中心線具有夾角；

所述直流電極對的兩個直流電極對稱分布在所述第一光腔的兩個光腔鏡面的外側(cè)，所述接地電極對和所述射頻電極對分布在所述第一光腔的兩個光腔鏡面形成的空間中；

所述第一光腔用于獲取量子光信號并將所述量子光信號發(fā)送至所述離子阱系統(tǒng)中，以使所述量子光信號的量子信息轉(zhuǎn)移到所述離子阱系統(tǒng)的單個離子中；

所述第二光腔用于獲取所述離子阱系統(tǒng)中所述單個離子的量子信息。

該技術(shù)方案中，量子光信號從第一光腔中進(jìn)入離子阱系統(tǒng)，并且從第二光腔中射出，避免了用同一個光腔讀入讀出帶來的一半損耗，提高了離子與光子的量子態(tài)轉(zhuǎn)移效率。

可選的，在第一方面的一種可能實現(xiàn)方式中，所述第一光腔用于獲取量子光信號并將所述量子光信號發(fā)送至所述離子阱系統(tǒng)中，以使所述量子光信號的量子信息轉(zhuǎn)移到所述離子阱系統(tǒng)的單個離子中，包括：

所述第一光腔用于將獲取到的所述量子光信號發(fā)送至所述離子阱系統(tǒng)中，使所述量子光信號被所述至少一個離子吸收，所述量子光信號的量子信息依次轉(zhuǎn)移到所述至少一個離子的集體激發(fā)態(tài)和整體諧振模激發(fā)態(tài)中，再從所述整體諧振模激發(fā)態(tài)中轉(zhuǎn)移到所述離子阱系統(tǒng)的單個離子的激發(fā)態(tài)中。