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通过测量捕获离子运动退相干...
被捕获的离子可以通过用激光激发其内部电子态形成有效的量子二能级系统，从而充当有前途的可扩展量子比特，而离子在谐波势阱中的量化运动状态使我们能够通过库仑力与相邻离子相互作用。因此，高保真操作需要精确了解系统的运动退相干时间，即离子的运动状态不再可靠地被知道或不再能被控制的时间。现有的运动相干性测量通过将运动状态与激光驱动的内部跃迁耦合来间接控制和测量运动状态，因此，它们可能容易出现电子状态退相干和激光幅度或频率波动。在本论文中，我们应用了之前提出的直接电场操纵被捕获离子运动相干态的机制，在一种新的自由进动序列中测量运动相干时间。该序列由连续谐振子相空间中两个相位差可变的相干位移组成，由可变的延迟时间分隔。在 4 开尔文的超高真空室中，使用位于铌表面电极阱上方 50 微米处的锶-88 + 离子，我们测量了 (24 ± 5) 𝑠 − 1 的运动退相干率。该测量速率与系统的预期退相干率相匹配，其中捕获离子加热在幅度上超过其他形式的退相干，这很可能是我们系统的情况。
同时对量子比特和运动退相干不敏感的无激光捕获离子纠缠门
囚禁离子具有较长的相干时间、固有的均匀性和较高的门保真度，是量子模拟和通用量子计算的一个有前途的平台[1-8]。实现高保真度多量子比特纠缠门的最常用方法依赖于将内部量子比特“自旋”态与集体运动自由度耦合[1,2,9]。几何相位门——通过运动相空间中封闭的、自旋相关的轨迹产生纠缠——被广泛使用，因为它们对离子温度（在 Lamb-Dicke 极限下）具有一级不敏感性[10-12]。几何相位门利用激光束产生所需的自旋运动耦合，已被用于产生保真度为 ∼ 0 的贝尔态。 999 [7,8]，主要误差来自非共振光子散射[13]。其他无激光方案利用静态[14-19]、近量子比特频率[20-25]或近运动频率[20,26-28]磁场梯度引起自旋运动耦合。虽然无激光方案消除了光子散射误差，并且不需要稳定的高功率激光器，但由于其门持续时间通常较长，因此更容易受到其他噪声源的影响。由于场幅度波动导致的量子比特频率偏移或错误校准是使用微波场梯度实现的无激光门的主要误差源[19,21]。最近的研究表明，通过精心的陷阱设计可以被动地减少其中一些偏移[24]。也可以通过添加控制场来执行动态解耦，从而主动减少它们[18,29-32]；迄今为止，最好的
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拉斯维加斯是Motional的全电动公共Robotaxi Fleet的所在地，广泛的闭路测试设施，以及数百名支持该公司在最先进的Las Las Vegas技术中心（LVTC）的测试和商业运营的动作员工。在2018年，Motional成为一家在其公共机器人服务推出的公司提供自动乘车的公司。该服务可通过与Avia成员Uber的合作伙伴关系获得，并已将成千上万的消费者引入了无人驾驶技术。绝大多数骑手都将五星级的骑行评为五星级，许多乘客成为反复的骑手。
利用 Autler-Townes 效应进行声子数状态的单次测量
捕获离子量子信息处理的常用方法是利用电子态存储信息，而离子链共享的运动模式可实现纠缠操作[1]。然而，运动模式可以发挥更积极的作用。例如，运动自由度可用于存储量子信息[2]，从而允许使用捕获离子进行连续变量的量子信息处理。运动模式也是量子逻辑谱学中非常重要的工具[3]，这使得精确的原子钟成为可能[4]。此外，在计量学中，非经典离子运动状态可以发挥优势[5 – 7]。从更基本的方面来看，捕获离子运动在量子热力学研究中充当工作介质[8 – 10]。研究陷阱势变化时声子对产生的动力学可以模拟粒子的产生，从而建立量子信息处理和宇宙学之间的联系[11]。最后，局部声子的测量及其跟踪使得运动自由度的量子模拟成为可能[12,13]。捕获离子的运动可以用各种方法测量[8,12,14 – 19]，包括通过交叉克尔非线性[18,20,21]和复合脉冲序列[12]。还有使用快速绝热通道（RAP）[22,23]和受激拉曼绝热通道（STIRAP）[24]序列或多色振幅调制的方案
捕获离子的强耦合量子逻辑 - Jake Lishman
纠缠量子门是量子信息处理的核心元素。经过几十年的实验，这种门已经在几种物理系统中成功实现，包括囚禁离子[1-3]、超导电路[4]、量子点[5]和NV中心[6]。经过一段时间的原理验证实验，该领域现在需要具有极高保真度的快速量子门，以便下一步实现性能超越传统设备的硬件。最先进的平台包括囚禁离子[7,8]。由于离子因库仑排斥而在空间上分离，因此定义量子比特的电子自由度之间没有明显的直接相互作用，需要设计通过集体运动模式介导的有效相互作用才能实现纠缠门。该机制涉及运动状态的改变[9]，这对于门的实现绝对必要。但同样重要的是，电子模式和运动模式在门时间变得不相关，否则将导致不相干的门操作。有各种各样用电磁场驱动离子的方案 [ 10 – 13 ]，这些方案在低温下在弱离子运动相互作用的 Lamb-Dicke 区域中实现这一点，运动模式也是如此。对于目前在 Lamb-Dicke 区域中采用的大多数纠缠门，相对简单的驱动方案会导致门操作很大程度上独立于初始运动状态。尽管如此，局限于 Lamb-Dicke 区域也带来了一些挑战。保持离子运动接近量子力学基态的必要性对冷却提出了严格的要求；在冷却循环之间只能执行有限数量的门，这减少了在相干时间内可以执行的门数量。由于相互作用较弱，实现快速门需要强激光驱动，从而产生诸如交流斯塔克位移和非共振激发等不利影响，从而降低门保真度 [14]。即使在完全冷却的运动和弱相互作用下，
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利用电磁感应透明三脚架方案实现大型捕获离子链的高效基态冷却
将机械振荡器用激光冷却到其运动基态是量子计量、模拟和计算领域的一个持续研究方向[1-4]。特别是，将单个原子定位到远低于光波长（“Lamb-Dicke”机制）是实现原子系统高保真量子控制的先决条件[1,5]。在大的捕获离子晶体中，量子纠缠门利用离子的集体运动[6,7]。这种运动必须在基态附近制备，冷却过程与耦合到环境的加热相竞争[8,9]。因此，开发新方法来实现所有运动模式的高带宽和快速冷却至关重要，这些运动模式用作量子信息处理的量子总线。解析边带冷却（RSC）是冷却机械振荡器的通用工具，对于捕获离子，它是冷却到基态的标准方法[1,10-12]。然而，RSC 时间通常随着振荡器的总质量或链中捕获离子的数量线性增长。通过实施具有单离子寻址的并行 RSC 策略，可以改善大型链的这种缩放比例 [13] 。捕获离子和原子的电磁诱导透明 (EIT) 冷却是另一种众所周知的基态冷却方法 [14 – 20] 。它利用三能级 Λ 系统中的量子干涉 [21] 来创建针对原子运动量身定制的可调窄光谱特征，以实现高效冷却。应用于捕获离子，EIT 冷却允许在很大一部分运动光谱上同时进行基态冷却，而无需单离子寻址 [22 – 24] 。EIT 冷却在简单的三能级系统之外的扩展已经激发了一些理论 [25 – 27] 和实验 [28 – 30] 研究。这种扩展对于量子
单离子机械振荡器的量子增强传感
特殊量子态用于计量学，以实现低于经典行为状态 1,2 所确定的极限的灵敏度。在玻色子干涉仪中，压缩态 3、数态 4,5 和“薛定谔猫”态 5 已在各种平台上实现，并且与使用相干态的干涉仪相比，其测量精度更高 6,7 。另一种在计量学上有用的状态是两个具有最大能量差异的本征态的相等叠加；理想情况下，这种状态可以达到量子力学所允许的最大干涉灵敏度 8,9 。这里我们展示了在谐振子的情况下这些量子态的增强灵敏度。我们扩展了现有的实验技术 10，以创建高达 n = 100 的阶数状态，并在单个捕获离子的运动中生成谐振子基态和形式为 ∣ ⟩ ∣ ⟩ + n ( 0 ) 1 2 的数态的叠加，其中 n 高达 18。虽然实验不完善使我们无法达到理想的海森堡极限，但我们观察到对机械振荡器频率变化的灵敏度增强。这种灵敏度最初随 n 线性增加，在 n = 12 时达到最大值，与具有相同平均占据数的相干态的理想测量相比，我们观察到计量增强了 6.4(4) 分贝（不确定度是平均值的一个标准差）。这样的测量应该提供改进的特性
囚禁离子稳健纠缠的量子控制方法
摘要 实现实用量子计算的一个主要障碍是实现可扩展且稳健的高保真纠缠门。为此，量子控制已成为一种必不可少的工具，因为它可以使纠缠相互作用对噪声源具有弹性。然而，考虑到与稳健纠缠相关的工作范围，可能很难为特定需求确定合适的量子控制技术。为此，我们尝试通过提供非详尽的摘要和批判性分析来整合文献。量子控制方法分为两类：将稳健性扩展到 (i) 自旋或 (ii) 运动退相干的方案。我们选择重点研究使用微波和静磁场梯度扩展 σ x ⊗ σ x Mølmer–Sørensen 相互作用。然而，这里讨论的一些技术可能与其他捕获离子架构或物理量子比特实现相关。最后，我们通过结合本文提出的几种量子控制方法，通过实验实现了同时具有对自旋和运动退相干的鲁棒性的概念验证相互作用。