[发明专利]一种离子阱及量子计算装置

说明书

本文公开一种离子阱及量子计算装置，包括：粒子源、离子囚禁装置和一个以上挡板；其中，粒子源朝离子囚禁装置的离子囚禁区域喷射粒子束；挡板设置于粒子源和离子囚禁装置之间，包含一个以上限流孔，限流孔位于粒子源喷射粒子束的喷射路径上，用于通过预设发散角内的粒子束，以实现对喷射至离子囚禁区域的粒子束发散角和速度分布的筛选。本发明实施例在离子阱中设置挡板，通过挡板中的限流孔通过预设发散角内的粒子束，避免了离子装载过程中的电极污染。

技术领域

本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种离子阱及量子计算装置。

背景技术

离子阱系统可应用于量子计算、量子模拟和量子精密测量等操作。离子阱系统通常包含粒子源和离子囚禁装置；其中，粒子源用于喷射包含原子的；粒子束，原子在离子囚禁区域被电离、俘获和冷却（粒子源也可直接喷射离子）。粒子源有原子炉和激光烧蚀靶材两种类型；其中，基于原子炉的粒子源，将粒子置于可加热容器中，通过电流加热实现热激发，喷射原子；基于激光烧蚀靶材的粒子源，脉冲激光轰击激光烧蚀靶材的表面，可高效激发出少量原子。

相关技术中，粒子源喷射的粒子束具有较大发散角，大量热粒子会被喷射到离子阱囚禁电极上，影响离子阱电学性能；特别是芯片离子阱，热粒子喷射到芯片表面，会导致芯片污染甚至短路。参见图1，在刀片离子阱中，粒子源喷射的粒子束具有较大发散角，热粒子会附着在刀片电极表面，影响离子阱电学性能。参见图2，在芯片离子阱中，粒子源喷射的粒子束具有较大发散角，热粒子会附着在芯片表面，引起芯片污染甚至短路。

综上，离子阱系统中离子装载过程中的电极污染，是一个亟待解决的问题；此外，当粒子源和囚禁装置的数目不唯一，且对应关系有特定需求时，如何进行有效速度筛选，以保证从某个粒子源射出的粒子可以符合预设的指向对应的囚禁区域，也是有待解决的问题。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供一种离子阱及量子计算装置，能够避免离子装载过程中的电极污染。

本发明实施例提供了一种离子阱，包括：粒子源、离子囚禁装置和两个以上挡板；其中，

粒子源朝离子囚禁装置的离子囚禁区域喷射粒子束；

挡板设置于粒子源和离子囚禁装置之间，包含一个以上限流孔，限流孔位于粒子源喷射粒子束的喷射路径上，用于通过预设发散角内的粒子束，以实现对喷射至离子囚禁区域的粒子束发散角和速度分布的筛选；

其中，所述粒子源为两个以上，且朝同一个离子俘获区喷射离子，靠近所述离子俘获区的挡板上包含一个限流孔，靠近所述粒子源的挡板上包含与所述粒子源数量相同的限流孔，靠近所述粒子源的挡板上的所述限流孔和所述粒子源一一对应；或者，所述粒子源为一个，且朝两个以上离子俘获区喷射离子，靠近所述粒子源的挡板上包含一个限流孔，靠近所述离子俘获区的挡板上包含与所述离子俘获区数量相同的限流孔，靠近所述离子俘获区的挡板上的所述限流孔和所述离子俘获区一一对应。

在一种示例性实例中，所述挡板除所述限流孔外的物理结构，用于遮挡除通过的所述预设发散角内的粒子束以外的其他粒子束。

在一种示例性实例中，所述离子囚禁装置包括一个以上；

其中，每一个所述离子囚禁装置包含一个以上所述离子囚禁区域。

在一种示例性实例中，所述粒子源包括：原子炉。

在一种示例性实例中，所述粒子源包括：激光烧蚀靶材。

在一种示例性实例中，所述挡板的安装位置、挡板的尺寸、限流孔的位置和限流孔的尺寸、以及每个挡板中限流孔的数目、通过仿真算法确定。

在一种示例性实例中，所述仿真算法包括蒙特卡洛算法和分子动力学模拟。