[發明專利]用于控制俘獲離子的包括德爾塔/西格瑪數模轉換器模塊的設備

在審

• 申請號: 202210136480.9
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114944844A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: M·西伯勒;G·瑪德巴赫;C·羅斯勒;C·桑德納;H·韋普平斯
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉書航;陳嵐

公開了用于控制俘獲離子的包括德爾塔/西格瑪數模轉換器模塊的設備。一種用于控制俘獲離子的設備(10)，包括離子陷阱(12)、用于控制離子陷阱(12)中的離子的多個場電極(13)、以及控制器芯片(14)，控制器芯片(14)包括至少一個德爾塔?西格瑪數模轉換器(DS?DAC)模塊(140)，該至少一個DS?DAC模塊(140)包括DS?DAC電路(141)，DS?DAC電路(141)被配置為接收數字數據流、將數字數據流轉換為模擬控制電壓、以及將模擬控制電壓供給到場電極(13)。

技術領域

本公開一般而言涉及利用俘獲離子的量子計算領域。更具體地，本公開涉及用于控制俘獲離子的設備和控制設備中的俘獲離子的方法。

背景技術

俘獲離子是在量子計算機中用于用作為量子比特(quantum bit)的最有前途的候選之一。目前，最先進的離子陷阱可以單獨地控制大約50量子比特，并且可以將多達16量子比特保持在完全糾纏的狀態。未來的量子計算機將需要將可控量子比特的數量增加到多于100或甚至1000以勝過經典的超級計算機。進一步地，用于每個量子比特的離子的數量在未來將上升到大約6到100個離子，以便允許在量子計算期間更高效地進行誤差校正。

在室溫下俘獲離子量子計算是可能的，但是在低溫溫度下操作改進可實現的真空并且減少異常運動生熱。更高的真空減少與背景氣體的碰撞率并且因此對于以超過50個離子地來對量子計算機進行規模調節而言是必要的。當前的實驗使用恒冷器來冷卻離子陷阱，其于是操作在大約T=10K下。這些實驗離子陷阱通常使用置于室溫下的分立電子器件來生成輔助電壓，輔助電壓通過改變陷阱的場板或電極上的電壓并且因此改變圍繞離子的電勢來控制離子在陷阱中的位置。

由于這些和其它原因，存在針對本公開的需要。

發明內容

本公開的第一方面涉及一種用于控制俘獲離子的設備，該設備包括離子陷阱、用于控制離子陷阱中的離子的多個場電極、以及電連接到場電極的控制器芯片，控制器芯片包括至少一個德爾塔-西格瑪數模轉換器(DS-DAC)模塊，該至少一個DS-DAC模塊包括DS-DAC電路，該DS-DAC電路被配置為接收數字數據流、將數字數據流轉換為模擬控制電壓、以及將模擬控制電壓供給到場電極。

本公開的第二方面涉及一種控制設備中的俘獲離子的方法，設備包括載體、部署在載體上的離子陷阱、用于控制離子陷阱中的離子的多個場電極、以及部署在載體上的控制器芯片，控制器芯片包括至少一個德爾塔-西格瑪數模轉換器(DS-DAC)模塊，該至少一個DS-DAC模塊包括DS-DAC電路，所述方法是在低于20K的溫度下執行的，并且包括向DS-DAC電路的輸入供給數字數據流、在DS-DAC電路中將數字數據流轉換為模擬控制電壓的流、以及將模擬控制電壓供給到場電極。

本公開的第三方面涉及一種用于控制俘獲離子的設備，所述設備包括載體、部署在載體上的離子陷阱、用于控制離子陷阱中的離子的多個場電極、以及部署在載體上并且電連接到場電極的控制器芯片，控制器芯片包括至少一個數模轉換器(DAC)模塊，該至少一個DAC模塊包括DAC電路，該DAC電路被配置為接收數字數據流、將數字數據流轉換為模擬控制電壓、以及將模擬控制電壓供給到場電極。

本公開特別是有助于克服現有技術的以下問題。

在低溫環境中，MOS器件之間的匹配通常惡化。例如，閾值電壓失配可能以顯著的量增加。這種器件匹配上的降低導致數模轉換器(DAC)中的非線性。雖然數模轉換的單調性(或微分非線性DNL)可以被保持(例如通過溫度計代碼)，但是積分非線性(INL)對于任意波形生成——其中非線性生成影響所生成的信號的質量的諧音——而言是尤其有問題的。

進一步的方面是帶外(量化)噪聲。俘獲的離子特別易受MHz范疇中的電場噪聲影響，因為這種噪聲改變離子的運動狀態，并且導致運動生熱，運動生熱可能然后破壞其量子狀態。因此，常規的離子陷阱目前使用強的分立模擬濾波器來衰減在該有問題的頻率范圍內的噪聲。

附圖說明