我们用电磁捕获的原子离子晶体来表示量子比特或自旋,每个离子内的两个电子能级表现为有效量子比特或自旋 1/2 粒子。电子能级的具体选择取决于原子元素以及用于操纵和测量量子比特状态的所需控制场类型。这些量子比特状态对于执行量子信息处理的最重要特征是 (a) 能级寿命长且表现出出色的相干性,(b) 能级状态具有适当的强光学跃迁到辅助激发态,允许通过光泵浦进行量子比特初始化并通过荧光进行量子比特检测,以及 (c) 量子比特通过可外部控制和门控的相干耦合进行交互。这将原子种类限制为少数元素和量子比特/自旋态,这些元素和量子比特/自旋态要么被编码为具有射频/微波频率分裂的单个外电子原子的 S 1 / 2 超精细或塞曼基态(例如,Be + 、Mg + 、Ca + 、Sr + 、Ba + 、Cd + 、Zn + 、Hg + 、Yb + ),要么被编码为具有光频率分裂的单个或双外电子原子的基态和 D 或 F 亚稳态电子激发态(例如,Ca + 、Sr + 、Ba + 、Yb + 、B + 、Al + 、Ga + 、In + 、Hg + 、Tl + 、Lu + )。某些种类(例如,Ba + 、Lu + 、Yb + )具有足够长的 D 或 F 亚稳态激发态寿命,以在其超精细或塞曼能级中承载量子比特,并具有射频/微波分裂。
量子计算面临的挑战之一是由于噪声引入的相位随机化导致相干性丧失。对于基于离子阱的量子计算机,相干性受到磁场波动和用于量子比特操作的激光器线宽的限制。本论文致力于通过使用永磁体改善磁场稳定性来增强相干性,并建立一个测试装置来减少光纤激光线宽的加宽。以前使用线圈来产生磁场。它们的稳定性受到电流驱动器噪声的限制。为了提高磁场稳定性,线圈已被永磁体取代。设计了两个固定永磁体的框架,并进行了 3D 打印,然后安装在实验中。安装后,使用 Ramsey 测量法获得 1 / √ e 相干时间 τ sens = (489 ± 21) µ s 和 τ insens = (1540 ± 80) µ s,用于量子比特状态的塞曼子能级之间对磁场的更敏感和更不敏感的跃迁,而使用线圈时,τ sens = (491 ± 25) µ s 和 τ insens = (1254 ± 53) µ s。从这些结果中,我们能够推断出磁场和激光频率波动的均方根 (RMS),无论是在使用线圈还是永磁体时,p
摘要 — 捕获离子 (TI) 是构建嘈杂中型量子 (NISQ) 硬件的主要候选者。TI 量子比特与超导量子比特等其他技术相比具有根本优势,包括高量子比特质量、相干性和连通性。然而,当前的 TI 系统规模较小,只有 5-20 个量子比特,并且通常使用单个陷阱架构,这在可扩展性方面存在根本限制。为了向下一个重要里程碑 50-100 量子比特 TI 设备迈进,提出了一种称为量子电荷耦合器件 (QCCD) 的模块化架构。在基于 QCCD 的 TI 设备中,小陷阱通过离子穿梭连接。虽然已经展示了此类设备的基本硬件组件,但构建 50-100 量子比特系统具有挑战性,因为陷阱尺寸、通信拓扑和门实现的设计可能性范围很广,并且需要满足不同的应用资源要求。为了实现具有 50-100 个量子位的基于 QCCD 的 TI 系统,我们进行了广泛的应用驱动架构研究,评估了陷阱大小、通信拓扑和操作实现方法等关键设计选择。为了开展研究,我们构建了一个设计工具流,该工具流以 QCCD 架构的参数作为输入,以及一组应用程序和真实的硬件性能模型。我们的工具流将应用程序映射到目标设备上并模拟其执行以计算应用程序运行时间、可靠性和设备噪声率等指标。使用六个应用程序和几个硬件设计点,我们表明陷阱大小和通信拓扑选择可以将应用程序可靠性影响多达三个数量级。微架构门实现选择将可靠性影响另一个数量级。通过这些研究,我们提供了具体的建议来调整这些选择,以实现高度可靠和高性能的应用程序执行。随着业界和学术界努力构建具有 50-100 个量子比特的 TI 设备,我们的见解有可能在不久的将来影响 QC 硬件并加速实用 QC 系统的进程。
离子阱系统是量子信息处理的主要平台,但目前仅限于一维和二维阵列,这限制了它们的可扩展性和应用范围。本文,我们提出了一种克服这一限制的方法,通过证明 Penning 阱可用于实现非常干净的双层晶体,其中数百个离子自组织成两个明确定义的层。这些双层晶体是通过加入非谐波捕获势来实现的,这在现有技术下很容易实现。我们研究了该系统的正常模式,发现了与单平面晶体模式相比的显著差异。双层几何形状和正常模式的独特性质开辟了新的机会——特别是在量子传感和量子模拟方面——这在单平面晶体中并不简单。此外,我们说明了可以扩展这里提出的想法来实现具有两层以上的多层晶体。我们的工作通过有效利用所有三个空间维度来增加捕获离子系统的维数,并为利用多层三维捕获离子晶体进行新一代量子信息处理实验奠定了基础。
囚禁离子为量子计算和模拟提供了一个完美的平台,但提高它们的相干性仍然是一个关键挑战。本文,我们提出并分析了一种通过参数放大离子运动来增强囚禁离子系统中相干相互作用的新策略——通过挤压集体运动模式(声子),它们介导的自旋-自旋相互作用可以得到显著增强。我们通过展示它如何增强对量子计量有用的集体自旋态,以及如何提高多离子系统中双量子比特门的速度和保真度来说明这种方法的强大功能,这是可扩展囚禁离子量子计算的重要组成部分。我们的结果也与许多其他由玻色子介导自旋相互作用的物理平台直接相关。
1. 简介 量子计算、通信和传感正受到越来越多的关注,因为它们在许多重要任务中都有望实现比传统系统更出色的性能。存在许多不同的量子模态(捕获离子、中性原子、光子、超导和半导体量子比特);它们对光子功能的需求各不相同。在某些系统中,光子充当量子比特,而在其他系统中,光学器件充当量子比特的接口,可以直接准备、操纵或读出量子态,也可以间接作为更大系统的一部分(例如提供经典通信通道或参考激光振荡器)。在所有情况下,光子集成电路 (PIC) 都为实现光学功能提供了一种有吸引力的选择,因为它们体积小;能够创建大型和复杂的光学电路,从而有助于实现功能或量子比特数量的扩展;而且,与离散光学和光学系统相比,它们通常具有更优越的环境稳定性。
在全球范围内和不同频率下,发生了许多天然灾难,包括地震,火灾事故,野火,洪水,海啸和火山活动。这些事件导致建筑物和其他人造基础设施崩溃。在紧急情况下寻找和定位受害者是最艰巨的任务之一,尤其是当受害者被埋葬在碎片下时。必须在现代发展救灾技术。即使已经以生命体征,图像和信号处理以及基于机器学习的救灾技术进行了进步,但必须做更多的工作,尤其是在像非洲这样的地区经常发生建筑物倒塌的地区。这项工作使用非视线(NLOS)人类检测信号数据集来改善建筑物崩溃后的分类和本地化。循环。这项工作使用非视线(NLOS)人类检测信号数据集来改善建筑物崩溃后的分类和本地化。已经检查了23,552个实例后,使用递归特征消除(RFE)实现了尺寸的降低。减少的数据集的支持向量机(SVM)分类产生的精度为82.76%。使用尖端方法的比较评估显示了所提出的方法的成功程度;这些方法改善了搜索和救援(SAR)操作的理论基础和实际应用。关于结构崩溃后受害者预测,认同和本地化的实际方法,这些发现对搜救(SAR)团队具有重要意义。
在1980年代初期,这个想法就实现了一个量子模拟器,以研究复杂且棘手的量子系统的特定动力学。[1-3]通常,与重新构建通用量子计算机(QC)相比,对实验平台建立模拟量子模拟器(AQ)的要求仍然较少。[4]是通用的,后者可能会运行任何算法,包括任何数字量子模拟。以数字方式操作,将需要前所未有的操作性限制才能重新构建相关的巨大开销,以采用Quanth误差校正。aqs被预计在可能可用的QC可用之前可能不太容易解决感兴趣的物理。[5]在许多不同的实验平台中的巨大进步驱动到QC和量子计量学的许多不同的实验平台中,许多针对AQSS的方法正在开发中。[6–8]由于非大学性,每种方法仍然适合于特定的任务集。仍然可以制定一些通用要求。CIRAC和Zoller State
量子计算利用量子比特的量子现象(叠加和纠缠)执行复杂的计算任务 [4]。在过去的几十年中,各种各样的量子比特已经被实现,包括超导量子比特 [2],[5],半导体量子点 [6],[7] 和捕获离子量子比特 [8]。在上述量子比特中,捕获离子量子比特因其在量子纠缠中的高保真度而备受关注,因为捕获离子本质上是相同的 [9]。为了将捕获离子量子比特应用于量子计算设备,霍尼韦尔将 QCCD(量子电荷耦合器件)架构实现到可编程捕获离子量子计算机中。在 QCCD 中,捕获离子量子计算机可以通过将离子阱与用于量子比特光学寻址的光电元件集成到一个紧凑的独立设备中来实现。据报道,QCCD 实现了 2 4 的量子体积测量,并且几乎不存在串扰 [10]。
1 演讲摘要 10 对单个捕获 Be + 离子的精确测量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Brewer, Samuel M. 使用捕获离子量子计算机模拟圆锥形相交 . . . . . . . . . . . . . 11 Brown, Kenneth 彭宁阱中的量子模拟和参数放大 . . . . . . . . . . . . . . . 12 Carter, Allison L. 通过 Ca + 中同位素位移光谱对新轻标量玻色子进行系统自由限制 . . 13 Doret, Charlie 捕获离子量子计算的进展:新型冷却技术和低温室设计 . ... . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Jayich, Andrew 高精度 115 In + / 172 Yb + 库仑晶体光钟,6 × 10 − 16 / √