[发明专利]原子移动装置

说明书

本申请属于量子模拟和量子计算技术领域，具体涉及一种原子移动装置。原子移动装置包括原子阵列模块，被配置为生成空间上以阵列形式排列的多个位点，每个位点可通过光学方式囚禁原子，每个位点囚禁至多一个原子，以阵列形式排列的多个位点包括位于目标区域的多个目标位点，原子移动模块，被配置为在位点之间移动原子，原子位置信息捕获模块，被配置为获取以阵列形式排列的多个位点的原子囚禁信息，控制器，被配置为根据原子囚禁信息，控制原子移动模块在位点之间移动原子以使目标区域内的每个目标位点上均囚禁一个原子。本申请公开的原子移动装置的原子移动步数少、原子移动总距离少、算法计算时间少，可以节省原子移动时间，增加填充成功率。

技术领域

本申请属于量子模拟和量子计算技术领域，具体涉及一种原子移动装置。

背景技术

在基于超冷中性原子的量子模拟机或量子计算机中，一个关键的步骤是制备一个满填充的、无缺陷的原子阵列。这里的原子阵列可以是一维、二维或三维的点阵。

通常情况下，初始的原子阵列是部分填充的、具有空位的。每个原子势阱有p的概率存在原子，有1-p的概率为空位。也即，原子填充率为p，通常的p约为50％。

2016年研究人员发明了确定性原子装载的方法从：一个部分填充的原子阵列出发，通过确定性的操作序列将原子一个一个地从外围的源区域移动目标区域的空位，完成原子重排列，从而最终在目标区域得到一个满排列、无缺陷的原子阵列。该方法效率低，耗时长。

在移动原子的过程中，有几个主要的因素需要考虑：

1)原子移动的路径上不能障碍(即已经占据的原子)，这样会发生碰撞引起原子损失。

2)由于真空的限制，原子在势阱中具有有限寿命(～20s)，原子阵列的寿命与原子数目N成反比。于是，需要在尽可能短的时间内完成原子重排列，以给后续操作留有充足时间。原子数目越大，越需要快速的原子重排列方案。

3)由于真空的限制和技术上的限制的原因，每次移动原子不是100％成功，成功率约为98％～99％，需要尽量减少原子的移动步数，以最大化成功率。

4)计算机根据初始的部分填充阵列图案，计算原子移动方案。需要优化算法，最小化算法计算时间。

另外，使用一个辅助移动光镊来移动原子非常的耗时：抓取或释放原子的时间分别需要大约600微秒；移动原子的速度约为100纳米每微秒，移动一个格子间距(约5微米)耗时约50微秒。

基于以上因素，为了最小化制备时间和最大化成功率，我们需要最小化：1)移动步数；2)原子移动总距离；3)算法计算时间。三个需要最小化的指标的优先级依次降低。这里，步数是指移动原子的操作数，将一个原子从源位置移动到目标位置为一步。原子移动总距离是指所有原子移动距离的总和。

在目标区域原子数目较大的时候，要遍历所有原子移动的方案以找到最优解是不可能的，亟需采用一些启发式算法计算原子的移动方案。

目前在针对二维的原子阵列，存在多个移动原子的启发式算法，这些算法中，有的会造成冗余的移动步数；有的算法实现较为复杂，算法计算时间相对较长；有的移动距离过长。

发明内容

本申请实施例提供一种原子移动装置，能够解决原子移动步数多、移动总距离长、算法计算时间长的技术问题。

本申请实施例提供的原子移动装置，包括原子阵列模块、原子移动模块、原子位置信息捕获模块和控制器，

原子阵列模块，被配置为生成空间上以阵列形式排列的多个位点，每个位点可通过光学方式囚禁原子，每个位点囚禁至多一个原子，以阵列形式排列的多个位点包括位于目标区域的多个目标位点，

原子移动模块，被配置为在位点之间移动原子，