量子计算的新宠：科学家成功利用激光控制由钡制成的单个量子比特

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量子计算的新宠：科学家成功利用激光控制由钡制成的单个量子比特

研究人员开创了一种突破性技术，利用激光来控制由钡制成的单个量子比特，比目前已知的任何其他方法都更加稳健。可靠地控制量子比特是实现未来功能量子计算机的关键一步。

这种新方法是滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）开发的，它使用一个小型玻璃波导来分离激光束，并将它们聚焦在相距四微米的地方，大约是一根头发宽度的四百分之一。在并行控制目标量子比特上的每束聚焦激光的精度和程度是以往研究无法比拟的。

IQC 和滑铁卢大学物理与天文学系教授 K. Rajibul Islam 博士说："我们的设计将串扰量--落在相邻离子上的光量--限制在 0.01% 的极小相对强度，这在量子界是数一数二的。与以往对单个离子进行敏捷控制的方法不同，基于光纤的调制器不会相互影响。"

"这意味着我们可以与任何离子对话而不影响其相邻离子，同时还能最大限度地控制每个离子。据我们所知，在学术界和工业界，这是具有如此高精度的最灵活的离子量子比特控制系统。"

绿色激光是操纵钡离子能态的正确能量。

钡离子： 量子计算的新宠

钡离子是科学家们的目标，因为它们在困离子量子计算领域越来越受欢迎。钡离子具有方便的能态，可用作量子位的零级和一级，并能用可见绿光进行操纵，而其他原子类型则不同，同样的操纵需要更高能量的紫外光。这样，研究人员就可以使用紫外线波长所不具备的商用光学技术。

研究人员制作了一个波导芯片，它能将一束激光分成 16 个不同的光通道。然后，每个通道都被导入基于光纤的独立调制器，这些调制器可独立对每束激光的强度、频率和相位进行灵活控制。然后，利用一系列类似望远镜的光学透镜将激光束聚焦到很小的间距。研究人员通过使用精确的摄像传感器对每束激光进行测量，从而确认了它们的聚焦和控制。

这项工作是滑铁卢大学利用原子系统构建钡离子量子处理器的努力的一部分，Islam 的共同首席研究员、IQC 和滑铁卢大学物理和天文系教师 Crystal Senko 博士说。"我们使用离子是因为它们是完全相同的、自然制造的量子比特，所以我们不需要制造它们。我们的任务是找到控制它们的方法"。

创新的波导方法展示了一种简单而精确的控制方法，为操纵离子来编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中的应用带来了希望。