[发明专利]一种电磁感应透明冷却的方法及装置

说明书

本文公开一种电磁感应透明冷却的方法及装置，本发明实施例实现了统一、通用的电磁感应透明冷却方法，实现了核自旋大于0的离子的基态冷却，能够获得兆赫兹量级的有效带宽，为大规模离子量子计算的实现提供了技术支撑。

技术领域

本文涉及但不限于离子阱技术，尤指一种电磁感应透明冷却的方法及装置。

背景技术

离子阱量子计算与量子模拟需要在离子阱中稳定囚禁离子晶体，并在多离子晶体中将每个简正模的声子态冷却到其基态或接近基态，即要求第m个简正模的平均声子数乃至；要冷却离子晶体，最简单直接的方法是多普勒冷却（DopplerCooling）方法，但多普勒冷却通常只能冷却到几个至几十个声子，无法将离子冷却到基态。为了实现基态冷却，通常被广泛选择的技术方式包括边带冷却（Resolved SidebandCooling）、偏振梯度冷却（Polarization Gradient Cooling）与电磁感应透明冷却（EITCooling）。

在相关技术中，技术人员借助拉曼跃迁来实施边带冷却；对单个离子，边带冷却能够将离子冷却到极低的声子数，理论上可以到达0声子态，但边带冷却的有效线宽很窄，通常不超过几十千赫兹，在大规模的离子晶体中，由于离子晶格的复杂性，本征振动频率众多；因此，要将每个模式都冷却到基态，需要不断调整边带冷却的频率，一个一个地冷却众多模式，极其低效。偏振梯度冷却受制于其理论限制，虽然能够突破多普勒冷却极限，但对于单离子最佳冷却极限仅为0.5个声子，多离子情况下甚至只能达到0.87个声子，其效果远差于边带冷却。电磁感应透明冷却技术是能够真正实现接近基态的宽带冷却方式；最早的电磁感应透明冷却理论限定在型三能级结构中，并在钙-40离子中得到了实验验证；钙-40离子的核自旋为0，因此利用其基态和第一激发态的各两个塞曼能级，配合偏振光，可以获得纯净的三能级系统，从而完美实施电磁感应透明冷却。对于更复杂的能级结构，例如具有1/2核自旋的镱-171离子，其基态和第一激发态各具有4个塞曼能级，因此更为复杂，直到近期才在实验中实现。电磁感应透明冷却技术能够实现宽频段的冷却，因此在大规模离子晶体中，电磁感应透明冷却技术能够直接同时冷却众多运动模式，而不必像边带冷却那样逐一进行冷却。但对于核自旋大于1/2的离子，如钡-137离子，由于更为复杂的能级结构，上述电磁感应透明冷却方案均不适用。

综上，对于核自旋大于0的离子量子比特，特别是核自旋大于1/2的离子种类，如何找到一种统一、有效的架构实现大规模离子晶体在宽频段的基态冷却，成为一个有待解决的问题，该问题严重制约了新型离子的使用与开发，阻碍了离子阱量子计算规模的提升，阻碍了离子阱量子计算的应用发展。

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电磁感应透明冷却的方法及装置，能够实现大规模离子晶体在宽频段的基态冷却。

本发明实施例提供了一种电磁感应透明冷却的方法，包括：

在外加磁场下，对被囚禁在离子阱中的核自旋的离子，施加第一泵浦光、第二泵浦光、偏振激光和偏振激光；