[发明专利]用于中性原子量子计算的寻址系统

说明书

本发明公开了用于中性原子量子计算的寻址系统，属于中性原子量子计算领域。本系统包括多通道光导引器件和成像光路单元，多通道光导引器件包括多路光导引通道，寻址光束经光导引通道输出后经过成像光路单元聚焦于对应的原子量子比特。本发明提供的寻址系统，寻址通道相互独立，可优化参数多，扩展性好，而且对于原子基态寻址和里德堡激发寻址同时适用，简化了光路结构。

技术领域：

本发明涉及中性原子量子计算领域，更具体地涉及到用于中性原子量子计算的寻址系统。

背景技术：

通用量子计算机是以量子比特为基本硬件单元、以量子逻辑门操控实现计算任务的一种新型计算仪器。由于其利用了量子叠加态和量子纠缠态等独特计算资源，从而在许多特定计算问题上表现出相对于经典计算机的算法优越性，在制药工程、材料设计、化学模拟、极值寻找、机器学习、密码学等领域具有广泛的应用前景。

以囚禁于微型光阱中的中性单原子为基本量子比特而构建的中性原子量子计算机在比特数扩展方面具有独特的优势，而且在相干时间、单比特门保真度、两比特门保真度等方面也表现出了优秀的性能，是实现通用量子计算的重要候选平台之一。寻址系统作为其中的重要组成部分，将直接影响中性原子量子计算机的执行效率。中性原子量子计算机寻址系统的任务是在中性单原子阵列中对指定的量子比特实现指定的量子操控，包括基态操控和里德堡态激发操控。

目前，用于中性原子量子计算的寻址系统主要有两种：基于微机电反射镜的光束切换方案(如文献“Independent individual addressing of multiple neutral atomqubits with a micromirror-based beam steering system,C.Knoernschild,X.L.Zhang,L.Isenhower,et al,Appl.Phys.Lett.97,134101(2010)”所描述)和基于声光调制器的光束切换方案(如专利“一种寻址操控系统，段路明，周子超，中国发明专利申请公告号：CN109948802A”所描述)。图1为相关技术中基于微机电反射镜的寻址系统光路示意图，寻址光经过一对微机电反射镜的反射后对准到单原子量子比特上，实现对该量子比特的寻址操控，通过动态调节微机电反射镜的转动角度可以将寻址光切换到不同的量子比特上，便可以实现对整个原子阵列的寻址操控。但此方案存在以下几个问题：①扩展性不高，同时寻址的比特数很少(1～2个)，限制了量子算法的执行效率；②光束切换时间长，将降低基于里德堡阻塞的量子门操控保真度。图2为相关技术中基于声光处理器件的寻址系统光路示意图，声光处理器件可以是声光调制器(AOM)或声光偏转器(AOD)，单束寻址光经过声光处理器件衍射，形成一束或多束一级衍射光，将这些衍射光束分别对准到指定的原子量子比特上，即可以对原子阵列实现寻址操控。此方案中寻址光的操控灵活，而且能够同时寻址的比特数多，但仍存在以下几个问题：①通过声光处理器件衍射获得的寻址光束之间不独立，光束的频率和空间指向相互关联，寻址光斑只能以方形阵列的形式存在，在进行多比特并行操控时，为了保证不同寻址光束的频率保持一致，会生成许多额外的衍射光束，这些额外的光束将极大增加寻址操控的串扰误差；②声光处理器件对不同波长的衍射角不一样，导致中性原子量子计算中的基态操控寻址和里德堡激发寻址不能共用同一个声光处理器，这将增加光路系统的复杂度，降低寻址光束的指向稳定性。

因此，构建一套寻址通道相互独立、可扩展性好、基态操控寻址和里德堡激发寻址同时适用的寻址系统是中性原子量子计算领域面临的技术难题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供用于中性原子量子计算的寻址系统。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

用于中性原子量子计算的寻址系统，包括多通道光导引器件，还包括成像光路单元；

多通道光导引器件包括多路光导引通道，寻址光束经对应的光导引通道输出后经过成像光路单元聚焦于对应的原子量子比特。