CN111383870A - 一种离子阱系统 - Google Patents

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Abstract

一种离子阱系统，包括激光调控模块用于将光束分为P个第一光束和Q个第二光束，P个第一光束中的N个第一光束分别传输至N个离子，Q个第二光束中的M个第二光束分别传输至M个监测单元；M个监测单元用于分别监测M个第二光束，并分别获取M个第二光束的空间强度分布信息，反馈控制模块用于接收M个第二光束的空间强度分布信息，根据M个第二光束的空间强度分布信息确定N个第一控制信号，并将N个第一控制信号传输至激光调控模块，其中，N个第一控制信号与N个第一光束一一对应，第一控制信号用于控制激光调控模块将对应的第一光束与离子对准。如此，有助于提高第一光束与对应离子的对准度，从而提高对离子进行量子态操控的保真度。

Description

一种离子阱系统
技术领域
本申请涉及量子技术领域，尤其涉及一种离子阱系统。
背景技术
随着信息技术的发展，量子态操控越来越受关注，特别是量子态操控中的量子计算。量子计算的基本原理是利用量子比特(比如离子)对信息进行编码，其中，单个量子比特的状态不仅有0和1两种经典态，还可以有0和1的叠加态，n个量子比特可以同时处于2n个量子态的叠加状态。目前，量子计算在算法软件和硬件系统方面已经在不断尝试。
在量子计算的硬件系统方面，目前主流的可行方案为离子阱和超导系统。例如，5量子比特的完全可编程离子阱系统，20量子比特在线超导量子计算云服务。离子阱系统包括囚禁离子的电极结构和离子，可通过在电极结构上施加特定的电磁场信号(也称为囚禁电磁场信号)、并结合离子之间的库伦作用，将离子在空间以特定结构固定住。之后用激光打到以特定结构固定的离子上，即可实现对离子的量子态操控。
现有技术中，从激光器发射出的光束到离子之间需要经过了长距离的传输，光束较易受到外界环境的影响，进而造成光束的传输方向发生改变等，而且由于光束聚焦到离子处的束腰较小，从而较易造成传输至离子的光束不能与离子对准，甚至出现光束和离子产生错位的情况，如此会影响量子态操控的保真度。
发明内容
本申请提供一种离子阱系统，用于提高光束与对应离子的对准度，从而提高对离子进行量子态操控的保真度。
本申请提供一种离子阱系统，包括激光调控模块、离子囚禁模块、反馈控制模块，离子囚禁模块包括设置于真空系统中的N个离子和M个监测单元。激光调控模块，用于将来自激光器的光束分为P个第一光束和Q个第二光束，将P个第一光束中的N个第一光束分别传输至N个离子，以及将Q个第二光束中的M个第二光束分别传输至M个监测单元。M个监测单元，分别用于监测M个第二光束，并分别获取M个第二光束的空间强度分布信息。反馈控制模块，用于接收M个第二光束的空间强度分布信息，根据M个第二光束的空间强度分布信息确定N个第一控制信号，并将N个第一控制信号传输至激光调控模块，N个第一控制信号与N个第一光束一一对应，第一控制信号用于控制激光调控模块将对应的第一光束与离子对准。
其中，第二偏离信息用于指示对应的第二光束偏离初始化位置的程度，第二光束对应的空间强度分布信息用于指示第二光束在对应的监测单元上的光强度与空间位置的关系，N个第一光束与N个离子一一对应，M个第二光束与M个监测单元一一对应，一个第一光束用于对一个离子进行量子态操控，一个第二光束用于确定一个第二偏离信息，M个第二光束可获得M个空间强度分布信息，M个空间强度分布信息与M个第二偏离信息一一对应，，N个第一偏离信息与N个第一控制信号一一对应，P为不小于N的整数，Q为不小于M的整数，N为正整数，M为大于1的整数。
从图2可以确定，通过M个监测单元监测M个第二光束得到的空间强度分布信息，根据M个第二光束的空间强度分布信息可确定出N个第一控制信号，激光调控模块根据第一控制信号调整对应的第一光束的传输方向，使对应的第一光束与离子对准，又因为N个第一控制信号与N个第一光束一一对应，即可通过调整N个第一光束中每个第一光束的传输方向，使得N个第一光束与N个离子一一对准。如此，有助于提高第一光束与离子的对准度，从而有助于实现第一光束精确对对应的离子进行量子态操控。
而且，监测的是第二光束，对离子进行量子态操控的是第一光束，如此，可在不破坏第一光束对离子进行量子态操控的情况下，实现N个第一光束与N个离子一一对准。进一步，N个第一光束与N个离子一一对应，可以实现同时对多个离子进行量子态操控。而且一个第一光束对应一个离子，也不会出现第一光束从一个离子切换到另一个离子的问题，从而有助于避免在进行量子态操控时离子之间相互影响的问题。
在一种可能的实现方式中，反馈控制模块可包括反馈模块和控制模块。当反馈控制模块可包括反馈模块和控制模块，如下提供两种确定第一偏离信息的实现方式。
实现方式一，第一偏离信息由反馈模块确定。
反馈模块，用于接收M个第二光束的空间强度分布信息，根据M个第二光束的空间强度分布信息确定第二偏离信息，得到M个第二偏离信息，根据M个第二偏离信息确定N个第一光束的第一偏离信息，根据第一光束的第一偏离信息确定第一反馈信号，得到N个第一反馈信号，并将N个第一反馈信号传输至控制模块，N个第一反馈信号与N个第一偏离信息一一对应，第一偏离信息用于指示对应的第一光束偏离初始化位置的程度。控制模块，用于根据第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，将N个第一控制信号传输至激光调控模块，N个第一反馈信号与N个第一控制信号一一对应。
一种可能的实现方式为：M个监测单元，用于在第一时刻监测M个第二光束，得到M个第二光束的第一空间强度分布信息，在第二时刻监测M个第二光束，得到M个第二光束的第二空间强度分布信息。反馈模块，用于接收M个第二光束的第一空间强度分布信息和M个第二光束的第二空间强度分布信息，根据第二光束的第一空间强度分布信息和第二光束的第二空间强度分布信息，确定第二光束的第二偏离信息，得到M个第二偏离信息；根据M个第二偏离信息、以及、激光调控模块与离子囚禁模块之间的光束传输ABCD矩阵，分别确定N个第一光束的N个第一偏离信息，得到N个第一偏离信息。
也可以理解为，一个监测单元监测一个对应的第二光束，在第一时刻得到一个对应的第一空间强度分布信息，在第二时刻得到一个对应的第二空间强度分布信息。M个监测单元分别在第一时刻和第二时刻监测M个第二光束，分别得到M个第一空间强度分布信息和M个第二空间强度分布信息。
实现方式二，第一偏离信息由控制模块确定。
反馈模块，用于接收M个第二光束的空间强度分布信息，根据第二光束的空间强度分布信息确定第二偏离信息，得到M个第二偏离信息，将M个第二偏离信息传输至控制模块；控制模块，用于根据M个第二偏离信息确定N个第一光束的第一偏离信息，根据第一光束的第一偏离信息确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，并将N个第一控制信号传输至激光调控模块。
在一种可能的实现方式中，可以是M个监测单元在第一时刻监测M个第二光束，得到M个第二光束的第一空间强度分布信息，在第二时刻监测M个第二光束，得到M个第二光束的第二空间强度分布信息。反馈模块，用于接收M个第二光束的第一空间强度分布信息和M个第二光束的第二空间强度分布信息；根据第二光束的第一空间强度分布信息和第二光束的第二空间强度分布信息，确定第二光束的第二偏离信息，得到M个第二偏离信息；根据M个第二偏离信息、以及激光调控模块与离子囚禁模块之间的光束传输ABCD矩阵，确定N个第一光束的第一偏离信息，得到N个第一偏离信息。
基于上述实现方式一和实现方式二，监测单元可以是感光阵列探测器，也可以是四象限光电探测器，或者也可以是高速光电二极管(photo-diode，PD)。
在监测单元为感光阵列探测器时，提供的一种确定第二偏离信息的实现方式。其中，感光阵列探测器包括感光单元越多，得到第二偏离信息也越精确。具体过程为：在第一时刻，监测单元监测第二光束，得到第二光束在每个感光单元上的第一光强度，即可确定出第一光强度与感光单元空间位置的关系；在第二时刻，监测单元监测第二光束，得到第二光束在每个感光单元上的第二光强度，即可确定出第二光强度与感光单元空间位置的关系。
针对第一时刻，反馈模块可对各维度(例如X维度或Y维度)，确定每列(X维度)或每行(Y维度)对应的第一光强度的第一平均值，根据每列或每行对应的第一光强度的第一平均值，确定第二光束的第一中心位置，针对第二时刻，反馈模块针对各维度，确定每列或每行对应的第二光强度的第二平均值，根据每列或每行对应的第二光强度的第二平均值，确定第二光束的第二中心位置，根据第一中心位置、第二中心位置、以及第一时刻和第二时刻之间的时长，确定第二光束的第二偏离信息。
基于上述实现方式一和实现方式二，在监测单元为四象限光电探测器时提供的一种确定第二偏离信息的实现方式。在第一时刻，监测单元监测第二光束，得到第二光束在每个象限上的第一光电流；在第二时刻，监测单元监测第二光束，得到第二光束在每个象限上的第二光电流；反馈模块用于接收第一光电流和第二光电流，针对第一时刻，反馈模块针对各维度，确定每个维度对应的两个象限上的第一光电流值的第三平均值；针对第二时刻，反馈模块针对各维度，确定每个维度对应的两个象限上的第二光电流值的第四平均值；根据第三平均值和第四平均值，确定第二光束的第二偏离信息。
为了提高第一光束与对应离子的对准度，可将M个第二光束与M个监测单元一一对准。在一种可能的实现方式中，反馈模块，还用于根据第二偏离信息，确定第二反馈信号，得到M个第二反馈信号，并将M个第二反馈信号传输至控制模块，M个第二偏离信息与M个第二反馈信号一一对应。控制模块，还用于根据第二反馈信号确定第二控制信号，得到M个第二控制信号，并将M个第二控制信号传输至激光调控模块，第二控制信号用于控制激光调控模块将M个第二光束与对应的M个监测单元一一对准，M个第二反馈信号与M个第二控制信号一一对应。
在另一种可能的实现方式中，控制模块，还用于根据第二偏离信息，确定第二控制信号，得到M个第二控制信号，并将M个第二控制信号传输至激光调控模块，M个第二偏离信息与M个第二控制信号一一对应，第二控制信号用于控制激光调控模块将M个第二光束与对应的M个监测单元一一对准。
如下，结合具体的硬件结构分别介绍离子阱系统。
在一种可能的实现方式中，激光调控模块包括第一分束器、透镜、N个第一微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)反射镜、M个第二MEMS反射镜和物镜，第一分束器，用于将来自激光器的光束分为N个第一光束和M个第二光束。透镜，用于将来自第一分束器的N个第一光束和M个第二光束汇聚为平行光，将汇聚为平行光的N个第一光束分别传输至N个第一MEMS反射镜，并将汇聚为平行光的M个第二光束分别传输至M个第二MEMS反射镜。N个第一MEMS反射镜，用于分别将接收的第一光束传输至物镜，M个第二MEMS反射镜，用于分别将接收的第二光束传输至物镜；物镜，用于将来自N个第一MEMS反射镜的N个第一光束和来自M个第二MEMS反射镜的M个第二光束进行聚焦，将聚焦后的N个第一光束分别传输至N个离子，并将聚焦后的M个第二光束分别传输至M个监测单元。
其中，N个第一光束与N个第一MEMS反射镜一一对应，M个第二光束与M个第二MEMS反射镜一一对应。
在一种可能的实现方式中，反馈模块根据第一光束的第一偏离信息，确定对应的第一MEMS反射镜的第一补偿角，得到N个第一补偿角，并分别根据N个第一补偿角生成N个第一反馈信号，N个第一偏离信息与N个第一补偿角一一对应，N个第一补偿角与N个第一反馈信号一一对应。控制模块用于根据第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，并将N个第一控制信号传输至对应的第一MEMS反射镜，N个第一控制信号与N个第一MEMS反射镜一一对应。第一MEMS反射镜，还用于根据接收的第一控制信号，调整第一MEMS反射镜的角度，改变第一光束的传输方向，使传输至离子囚禁模块的第一光束与对应的离子对准。第二MEMS反射镜，还用于根据接收的第二控制信号，调整第二MEMS反射镜的角度，改变第二光束的传输方向，使传输至离子囚禁模块的第二光束与对应的监测单元对准。
激光调控模块还包括声光调制器(acousto-optic modulator，AOM)，AOM包括N个第一通道和M个第二通道，N个第一通道和与N个第一光束一一对应，M个第二通道与M个第二光束一一对应，N个第一通道与M个第二通道分别被独立调控；AOM，用于对经过第一分束器和透镜的N个第一光束进行光强度和/或光重复频率的调制，分别将N个第一光束传输至N个第一MEMS反射镜；分别对经过第一分束器和透镜的M个第二光束进行光强度和/或光重复频率的调制，并分别将M个第二光束传输至M个第二MEMS反射镜。通过对第一光束和第二光束的光强度和光重复频率的调制，可以实现稳定的量子态操控。
本申请提供的一种调整第一光束和第二光束的光强度的实现方式。
反馈模块，还用于根据从M个监测单元接收的M个第二光束的第一空间强度分布信息确定第一总光强度，得到M个第一总光强度，根据从M个监测单元接收的M个第二光束的第二空间强度分布信息确定第二总光强度，得到M个第二总光强度。根据M个第一总光强度和M个第二总光强度，确定光强度的变化量，其中，光强度的变化量为N个第一光束和M个第二光束的光补偿强度；根据光强度的变化量，确定第三反馈信号，并向控制模块传输第三反馈信号。控制模块，还用于根据反馈模块的第三反馈信号，确定第三控制信号，其中，第三控制信号用于控制输入至AOM的射频信号的强度。
可选地，控制模块包括射频信号的射频(radio frequency，RF)源，RF源可用于根据第三控制信号，控制输入至AOM的射频信号的强度，以此实现对第一光束和第二光束的光强度的调制。
本申请提供的一种调整第一光束和第二光束的光重复频率的实现方式。
M个监测单元，还用于分别在第一时刻和第二时刻监测第二光束，得到第二光束的第一重复频率和第二重复频率。反馈模块，还用于根据接收的第一重复频率和第二重复频率，确定重复频率的变化量，其中，重复频率的变化量为N个第一光束和M个第二光束的补偿重复频率，根据重复频率的变化量，确定第四反馈信号，并向控制模块传输第四反馈信号。控制模块，还用于根据反馈模块的第四反馈信号，确定第四控制信号，其中，第四控制信号用于控制输入至AOM的射频信号的频率。
在一种可能的实现方式中，控制模块包括RF源，RF源还用于根据第四控制信号，控制输入至AOM的射频信号的频率，以此实现对第一光束和第二光束的重复频率的调制。
在一种可能的实现方式中，控制模块还包括第一开关和第二开关，第一开关与AOM的N个第一通道对应，第二开关与AOM的M个第二通道对应；第一开关，用于根据控制模块的第七控制信号，控制第一开关的状态，第七控制信号是控制模块根据对N个离子的量子态操控的时序确定的，第二开关，用于根据控制模块的第八控制信号，控制第二开关保持打开状态，第八控制信号是控制模块在确定离子阱用于量子态操控时确定的。如此，第二开关保持打开的状态可以实现实时持续监测第二光束的第二偏离信息和/或强度的变化和/或重复频率的变化，有助于进一步提高量子态操控的稳定性，以及进一步提高第一光束与对应离子的对准度。
如下为本申请提供的另一种离子阱系统，其中激光调控模块包括第二分束器、N个第一电光偏转器(electro-optic deflector，EOD)、M个第二EOD和物镜。第二分束器，用于将来自激光器的光束分为N个第一光束和M个第二光束。N个第一EOD，用于分别将N个第一光束传输至物镜。M个第二EOD，用于分别将M个第二光束传输至物镜；物镜，用于将来自N个第一EOD的N个第一光束和来自M个第二EOD的M个第二光束进行聚焦，将聚焦后的N个第一光束分别传输至N个离子，并将聚焦后的M个第二光束分别传输至M个监测单元。
为了实现将N个第一光束与N个离子一一对准、以及M个第二光束与M个监测单元一一对准。在一种可能的实现方式中，反馈模块根据第一光束的第一偏离信息，确定对应的第一EOD的第一补偿电压，得到N个第一补偿电压，并分别根据N个第一补偿电压生成N个第一反馈信号，N个第一偏离信息与N个第一补偿电压一一对应，N个第一补偿电压与N个第一反馈信号一一对应。控制模块，用于根据接收的第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，并分别将N个第一控制信号传输至对应的第一EOD，N个第一控制信号与N个第一EOD一一对应。第一EOD，还用于根据接收的N个第一控制信号，调整第一EOD的电压，改变第一光束的传输方向，使传输至离子囚禁模块的第一光束与对应的离子对准。第二EOD，还用于根据接收的M个第二控制信号，调整M个第二EOD的电压，改变第二光束的传输方向，使传输至离子囚禁模块的第二光束与对应的监测单元对准。
本申请提供的另一种调整第一光束和第二光束的光强度的实现方式。
激光调控模块还包括半波片。半波片用于调整来自激光器的光束的偏振方向，并将偏振方向调整后的光束传输至第二分束器。即半波片可以将线偏振光束的偏振方向进行偏转，从而实现改变通过半波片之后的、进入第二分束器的光束的光强度。反馈模块，还用于根据从M个监测单元接收的M个第二光束的第一空间强度分布信息确定第三总光强度，得到M个第三总光强度；根据从M个监测单元接收的M个第二光束的第二空间强度分布信息确定第四总光强度，得到M个第四总光强度，M个第三总光强度与M个第一空间强度分布信息一一对应，M个第四总光强度与M个第二空间强度分布信息一一对应；根据M个第三总光强度和M个第四总光强度，确定光强度的变化量，其中，光强度的变化量为N个第一光束和M个第二光束的光补偿强度；根据光强度的变化量，确定第五反馈信号，并向控制模块传输第五反馈信号。控制模块，还用于根据第五反馈信号，确定第五控制信号，并向半波片输入第五控制信号，第五控制信号用于调整半波片的偏振方向。
本申请提供的另一种调整第一光束和第二光束的光重复频率的实现方式。
上述任一离子阱系统还可以包括激光器，激光器包括腔长调节部件。监测单元，还用于分别在第一时刻和第二时刻监测第二光束，得到第二光束的第三重复频率和第四重复频率。反馈模块，还用于根据第三重复频率和第四重复频率，确定重复频率的变化量，其中，重复频率的变化量为N个第一光束和M个第二光束的补偿重复频率，根据重复频率的变化量，确定第六反馈信号，并向控制模块传输第六反馈信号。控制模块，还用于根据反馈模块的第六反馈信号，确定第六控制信号，并向激光器的腔长调节部件输入第六控制信号，第六控制信号用于调整激光器的腔长。
在一种可能的实现方式中，激光器腔长调节部件可以为压电陶瓷、或者步进电机。
在一种可能的实现方式中，激光调控模块还包括AOM，AOM包括N个第一通道和M个第二通道，N个第一通道与N个第一光束一一对应、M个第二通道与M个第二光束一一对应；AOM，用于将经过第二分束器的N个第一光束传输至N个第一EOD，将经过第二分束器的M个第二光束传输至M个第二EOD。
在一种可能的实现方式中，控制模块还包括第一开关和第二开关，第一开关与AOM的N个第一通道对应，第二开关与AOM的M个第二通道对应。第一开关，用于根据控制模块的第七控制信号，控制第一开关的状态，第七控制信号是控制模块根据对N个离子的量子态操控的时序确定的，第二开关，用于根据控制模块的第八控制信号，控制第二开关保持打开状态，第八控制信号是控制模块在确定离子阱用于量子态操控时确定的。如此，第二开关保持打开的状态可以实现实时持续监测第二光束的第二偏离信息和/或强度的变化和/或重复频率的变化，有助于第一光束与对应离子的对准度，以及进一步提高量子态操控的稳定性。
附图说明
图1a为本申请提供的一种拉比强度与光束坐标之间的关系示意图；
图1b为本申请提供的一种光束与离子一一对应的示意图；
图2为本申请提供的一种离子阱系统架构示意图；
图3a为本申请提供的一种离子囚禁模块的结构示意图；
图3b为本申请提供的另一种离子囚禁模块的结构示意图；
图3c为本申请提供的另一种离子囚禁模块的结构示意图；
图3d为本申请提供的一种光强度与空间位置关系的示意图；
图3e为本申请提供的另一种离子囚禁模块的结构示意图；
图4a为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图；
图4b为本申请提供的再一种离子阱系统架构示意图；
图4c为本申请提供的一种光强度调制的架构示意图；
图4d为本申请提供的又一种离子阱系统架构示意图；
图5a为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图；
图5b为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图；
图5c为本申请提供的又一种光强度调制的架构示意图；
图5d为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图；
图6为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
下面，为了便于理解，介绍本申请涉及的基本概念。
一、离子阱
离子阱：又称为离子陷阱，是一种利用电场或磁场将离子(即带电的原子或分子)俘获和囚禁在一定范围内的装置。离子的囚禁在真空中实现，离子与装置表面不接触。应用较多的离子阱有“保罗离子阱”(也称为四极离子阱)，四极离子阱可使用四级杆的结构加入前后端盖的方式实现，离子聚焦在一条线上，可增加了离子的存储量，且有助于避免空间电荷效应和简化电极结构，四极离子阱也有被称为线型离子阱。
二、ABCD矩阵
ABCD矩阵：也称为光线传输矩阵、或者光束传输矩阵、或者光束传输ABCD矩阵，是一个2*2矩阵，是为了计算横向偏移为r，偏移角为θ的光束的传输提出的。其中，横向偏移r和偏移角θ也称为光束的坐标。ABCD矩阵可描述某一光学器件在光束传输中的作用。也可以理解为，ABCD矩阵是光学器件的特征量，比如，光束在自由空间传输的距离为d时ABCD矩阵为
Figure BDA0001928248050000071
再比如，焦距为f的透镜的ABCD矩阵为
Figure BDA0001928248050000072
再比如，光束在自由空间传输距离d1后，经过焦距为f的透镜，再在自由空间传输距离d2，则对应的ABCD矩阵为
Figure BDA0001928248050000073
当光束的传输方向与光轴之间的夹角较小时，可通过ABCD矩阵，计算出光束经过光学器件后的横向偏移量r和偏移角θ的变化。具体的，光束在经过光学器件之前与之后，横向偏移量r和偏移角θ之间的变化可通过下面的公式1来计算。
Figure BDA0001928248050000074
其中，
Figure BDA0001928248050000075
表示第i个光束经过光学器件后的坐标，即
Figure BDA0001928248050000076
表示第i个光束经过光学器件后的横向偏移量，
Figure BDA0001928248050000081
表示第i个光束经过光学器件后的偏移角，
Figure BDA0001928248050000082
表示第i个光束经过光学器件前的坐标，即
Figure BDA0001928248050000083
表示第i个光束经过光学器件前的横向偏移量，
Figure BDA0001928248050000084
表示第i个光束经过光学器件前的偏移角。
三、束腰
束腰：指光束半径最小的位置。例如，激光光束的束腰是指光束传输方向上光束半径最小的地方，这个地方的光束半径可称为束腰半径。通常，可通过一个数值孔径较大的透镜聚焦可以获得较小的束腰半径。
四、拉比振荡的扫描
拉比振荡的扫描：给离子加载不同时长的光束得到不同的振荡信号，通过对不同时长对应的不同的振荡信号的拟合得到振荡周期T，根据拉比强度与振荡周期的关系Ω＝1/T，可确定出一个位置的拉比强度。通过改变光束照射到离子上的位置，可得到不同的拉比强度Ω。即光束照射到离子上的位置不同，得到的拉比强度Ω也不同，当光束和离子完全对准时，测得的拉比强度最大。图1a示出了一种拉比强度与光束坐标之间的关系示意图。如图1a所示，光束坐标为X0时，对应的拉比强度最大，为Ω0，说明光束坐标为X0时，光束和照射的离子完全对准。
五、一一对应
一一对应：指两个集合中的元素之间有一对一关系的对应。即一个集合中的每个元素与另一个集合中的每个元素恰好配对，没有不配对的元素。本申请中，集合可以是N个第一光束、或者M个第二光束、或者N个第一偏离信息、或者M个第二偏离信息、或者M个空间强度分布信息、或者N个第一反馈信号、或者N个第一控制信号、或者M第一反馈信号、或者M第一控制信号等。图1b示例性示出了一种光束和离子一一对应的结构示意图。如图1b所示，包括4个光束和4个离子，4个光束和4个离子一一对应，即一个光束与一个离子对应，没有不对应的光束或者离子。
六、其它
“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列模块或单元。系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些模块或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些系统、模块或单元固有的其它模块或单元。
如背景技术，在目前的离子阱系统中，从激光器发射出的光束到离子之间需要经过了长距离的传输，光束较易受到外界环境的影响，进而造成光束的传输方向发生改变等，而且由于光束聚焦到离子处的束腰较小，因而存在较易造成传输至离子的光束不能与离子对准，甚至是出现光束和离子产生错位的问题，因而现有技术的离子阱系统比较影响量子态操控的保真度。
为解决该问题，本申请提出一种离子阱系统，该离子阱系统是通过增加用于确定光束的偏离信息的第二光束，确定出第二光束的第二偏离信息，根据第二偏离信息确定出第一光束的第一偏离信息，反馈控制模块根据第一偏离信息输出第一控制信号，激光调控模块在第一控制信号的控制下调整第一光束的传输方向，使传输到离子的第一光束与对应的离子对准。
下面结合附图2至附图6，对本申请提出的离子阱系统进行具体阐述。
如图2所示，为本申请提供的一种离子阱系统架构示意图。该离子阱系统包括激光调控模块11、离子囚禁模块12和反馈控制模块13。离子囚禁模块12包括设置于真空系统中的N个离子121和M个监测单元122。激光调控模块11，用于将来自激光器的光束分为P个第一光束和Q个第二光束，将P个第一光束中的N个第一光束分别传输至N个离子，以及将Q个第二光束中的M个第二光束分别传输至M个监测单元。M个监测单元122，分别用于监测M个第二光束，并分别获取M个第二光束的空间强度分布信息，第二光束用于确定第二偏离信息，第二偏离信息用于指示对应的第二光束偏离初始化位置的程度，第二光束对应的空间强度分布信息用于指示第二光束在对应的监测单元上的光强度与空间位置的关系。反馈控制模块13，用于接收M个第二光束对应的空间强度分布信息，分别根据M个第二光束对应的空间强度分布信息确定N个第一控制信号，并将N个第一控制信号传输至激光调控模块，第一控制信号用于控制激光调控模块将对应的第一光束与离子。
其中，N为正整数，M为大于1的整数，P为不小于N的整数，Q为不小于M的整数；一个第一光束用于对一个离子进行量子态操控，N个第一光束与N个离子一一对应；一个第一控制信号与一个第一光束对应，N个第一光束与N个第一控制信号一一对应；M个第二光束与M个监测单元一一对应；一个第二光束与一个空间强度分布信息对应，则M个第二光束可获取到M个空间强度分布信息；一个空间强度分布信息可确定出一个第二偏离信息，则M个空间强度分布信息可得到M个第二偏离信息。
从图2可以确定，通过M个监测单元监测M个第二光束得到的空间强度分布信息，根据M个第二光束的空间强度分布信息可确定出N个第一控制信号，激光调控模块根据第一控制信号调整对应的第一光束的传输方向，使对应的第一光束与离子对准，又因为N个第一控制信号与N个第一光束一一对应，即可通过调整N个第一光束中每个第一光束的传输方向，使得N个第一光束与N个离子一一对准。如此，有助于提高第一光束与离子的对准度，从而有助于实现第一光束精确对对应的离子进行量子态操控。
而且，监测的是第二光束，对离子进行量子态操控的是第一光束，如此，可在不破坏第一光束对离子进行量子态操控的情况下，实现N个第一光束与N个离子一一对准。进一步，N个第一光束与N个离子一一对应，可以实现同时对多个离子进行量子态操控。而且一个第一光束对应一个离子，也不会出现第一光束从一个离子切换到另一个离子的问题，从而有助于避免在进行量子态操控时离子之间相互影响的问题。
需要说明的是，上述图2中的第一光束也可以称为操控光束，第二光束也可称为监测光束。一种可能的实现方式中，第一光束和第二光束可以是激光器射出的同一束光经光学器件分开的，仅作用不同，第一光束和第二光束之间的距离较小，第一光束和第二光束一起传输至离子囚禁模块，且第一光束和第二光束传输至离子囚禁模块经过的模块(或者光学器件)是相同，因此，可以认为第一光束和第二光束在传输至激光调控模块时受到的外界环境的影响(例如机械振动、气流扰动等)基本是相同的。
还需要说明的是，图2所示的离子阱系统通常置于光学隔震平台上且进行了气流保护，对离子阱系统有影响的外界环境(例如机械振动、气流扰动等)一般在Hz量级的，转化为周期为几百毫秒，反馈控制模块13的响应时间可在毫秒量级，即反馈控制模块的响应时间相比于环境的影响的时间较小，因此，可通过上述图2所示的离子阱系统，来保证对离子进行量子态操控的高保真度。
进一步，本申请中的反馈控制模块13可以包括反馈模块131和控制模块132，如图2所示。在一种可能的实现方式中，反馈模块131可以是处理器，控制模块132可以是控制器。在另一种可能的实现方式中，反馈模块131和控制模块132均可以为处理器。在再一种可能的实现方式中，反馈模块131可包括探测器信号采集电路、处理分析电路、反馈信号输出电路等，而且还可存储有特定的反馈算法。控制模块132可包括高速和低速的电信号控制电路，可输出控制信号以对激光调控模块11进行调控。
下面对图2所示的各个功能模块分别进行介绍说明，以给出示例性的具体实现方案。
一、反馈控制模块13
在一种可能的实现中，反馈控制模块13可以包括控制模块132和反馈模块131，控制模块132和反馈模块131可以分别用于执行反馈控制模块13的部分功能。以下面给出两种实现方式作为示例说明。
实现方式一，第一偏离信息由反馈模块131确定。
反馈模块131，用于接收M个第二光束的空间强度分布信息，第二光束的空间强度分布信息确定第二偏离信息，得到M个第二偏离信息，根据M个第二偏离信息确定N个第一光束的第一偏离信息，根据第一光束的第一偏离信息确定第一反馈信号，得到N个第一反馈信号，将N个第一反馈信号传输至控制模块132，第一偏离信息用于指示对应的第一光束偏离初始化位置的程度。控制模块132，用于根据第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，将N个第一控制信号传输至激光调控模块11。
其中，一个第一偏离信息可根据M个第二偏离信息确定，针对每个第一光束，均可根据M个第二偏离信息确定第一光束的第一偏离信息，得到N个第一偏离信息，即N个第一光束与N个第一偏离信息一一对应；N个第一偏离信息与N个第一反馈信号一一对应，即一个第一偏离信息对应一个第一反馈信号；N个第一反馈信号与N个第一控制信号一一对应，即一个第一反馈信号与一个第一控制信号对应。
在一种可能的实现方式中，监测单元122可以在第一时刻监测M个第二光束，得到M个第二光束的第一空间强度分布信息，在第二时刻监测M个第二光束，得到M个第二光束的第二空间强度分布信息，并向反馈模块131发送M个第二光束的第一空间强度分布信息和M个第二光束的第二空间强度分布信息。反馈模块131，用于接收M个第二光束的第一空间强度分布信息和M个第二光束的第二空间强度分布信息，根据第二光束的第一空间强度分布信息和第二光束的第二空间强度分布信息，确定第二光束的第二偏离信息，得到M个第二偏离信息，根据M个第二偏离信息、以及、激光调控模块11与离子囚禁模块12之间的光束传输ABCD矩阵，确定N个第一光束的第一偏离信息，得到N个第一偏离信息。
其中，M个第二光束与M个第一空间强度分布信息一一对应，即一个第二光束对应一个第一空间强度分布信息；M个第二光束与M个第二空间强度分布信息一一对应，即一个第二光束与一个第二空间强度分布信息对应；针对一个第二光束，对应的一个第一空间强度分布信息和对应的一个第二空间强度分布信息，可确定该第二光束的第二偏离信息，M个第二光束，则可以确定出M个第二偏离信息；针对一个第一光束，可得到一个第一偏离信息，则N个第一光束与N个第一偏离信息一一对应。也可以理解为，针对M个第二光束的第i个第二光束，根据第i个第二光束对应的第一空间强度分布信息和对应的第二空间强度分布信息，确定第i个第二光束的第二偏离信息，i取遍1至M。
实现方式二，第一偏离信息由控制模块132确定。
反馈模块131，用于接收M个第二光束的空间强度分布信息，根据第二光束的空间强度分布信息确定第二偏离信息，得到M个第二偏离信息，将M个第二偏离信息传输至控制模块132。控制模块132，用于M个第二偏离信息确定N个第一光束的第一偏离信息，根据第一光束的第一偏离信息确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，并将N个第一控制信号传输至激光调控模块。
其中，N个第一偏离信息与N个第一控制信号一一对应，即一个第一偏离信息对应一个第一控制信号；一个第一偏离信息可根据M个第二偏离信息确定，针对每个第一光束，均可根据M个第二偏离信息确定第一光束的第一偏离信息，得到N个第一偏离信息，即N个第一光束与N个第一偏离信息一一对应。
在一种可能的实现方式中，监测单元122可以在第一时刻监测M个第二光束，得到M个第二光束的第一空间强度分布信息，在第二时刻监测M个第二光束，得到M个第二光束的第二空间强度分布信息，并向反馈模块131传输M个第二光束的第一空间强度分布信息和M个第二光束的第二空间强度分布信息。反馈模块131，用于接收M个第二光束的第一空间强度分布信息和M个第二光束的第二空间强度分布信息，根据第二光束的第一空间强度分布信息和第二光束的第二空间强度分布信息，确定第二光束的第二偏离信息，得到M个第二偏离信息，将确定出的M个第二偏离信息传输至控制模块132。控制模块132，用于根据M个第二偏离信息、以及激光调控模块与离子囚禁模块之间的光束传输ABCD矩阵，确定N个第一光束的第一偏离信息，得到N个第一偏离信息。
该实现方式中，M个第二偏离信息与N个第一偏离信息的对应关系，可参见上述实现方式一的介绍，此处不再赘述。
针对上述反馈控制模块13中的实现方式一和实现方式二，在一种可能的实现方式中，激光调控模块11与N个离子中的每个离子的之间的ABCD矩阵均可严格的计算出来(下面结合具体硬件结构详细说明)，计算出的N个ABCD矩阵可能均不相同，也可能部分相同或者均相同。
在一种可能的实现方式中，一个离子对应一个光束传输ABCD矩阵，也可以理解为，N个离子与N个光束传输ABCD矩阵一一对应。在另一种可能的实现方式中，N个离子对应的N个光束传输ABCD矩阵是相同的，例如离子是一维排布、且N个第一光束到达N个离子的距离和经过的光学器件是完全相同的场景中，N个离子分别对应的光束传输ABCD矩阵可以是相同的。
对于确定第一偏离信息，还可以通过数值差值的方法，也可以通过机器学习的方法确定。
为了提高第一光束与对应的离子对准度，可将M个第二光束与M个监测单元122也一一对准。在一种可能的实现方式中，反馈模块131还用于根据第二偏离信息，确定第二反馈信号，得到M个第二反馈信号，将M个第二反馈信号传输至控制模块132。控制模块132，还用于根据第二反馈信号确定第二控制信号，得到M个第二控制信号，将M个第二控制信号传输至激光调控模块11，其中，M个第二控制信号与M个第二光束一一对应，第二控制信号用于控制激光调控模块将对应的第二光束与监测单元对准。如此，可实现M个第二光束与M个监测单元122一一对准。
其中，一个第二偏离信息与一个第二反馈信号对应，即M第二偏离信息与M个第二反馈信号一一对应；一个第二反馈信号与一个第二控制信号对应，M个第二反馈信号与M个第二控制信号一一对应；一个第二控制信号与一个第二光束对应，M个第二控制信号与M个第二光束一一对应。
在另一种可能的实现方式中，控制模块132，还用于根据第二偏离信息，确定第二控制信号，得到M个第二控制信号，将M个第二控制信号传输至激光调控模块11，第二控制信号用于控制激光调控模块11将对应的第二光束与监测单元122对准。如此，也可实现M个第二光束与M个监测单元122一一对准。
其中，一个第二偏离信息与一个第二控制信号对应，M个第二偏离信息与M个第二控制信号一一对应；一个第二控制信号与一个第二光束对应，M个第二控制信号与M个第二光束一一对应。
本申请中，激光调控模块通过第一控制信号调控第一光束与对应的离子对准，通过第二控制信号调控第二光束与对应的监测单元对准，即激光调控模块可实现分别对第一光束和第二光束进行独立调控。
二、离子囚禁模块12
需要说明的是，在离子囚禁模块12中，离子121需要与外界环境隔离，防止其他粒子对离子121的碰撞，造成破坏离子121的量子态或者造成离子121丢失，因此，真空系统是实现对离子121进行量子态操控的必备条件。可选地，真空系统也可以是超高真空系统。进一步，离子囚禁模块12还可包括产生特定的电磁场的控制电路，用于将N个离子121囚禁在真空系统中。本申请中，离子阱囚禁模块中的离子阱可以是四极阱(four-rod trap)、或者刀片阱(blade trap)、或者是芯片阱(surface trap)等，本申请不做限定。
离子囚禁模块12中的离子可以是一维排布的，也可以是二维排布的、或者也可以是三维排布的，本申请不做限定。为了便于理解，如下给出了两种离子囚禁模块12的可能的结构。
结构一，离子是一维排布时的离子囚禁模块。
基于上述内容，如图3a所示，为本申请提供的一种离子囚禁模块的结构示意图。该离子囚禁模块包括设置于真空系统中的N个离子121和M个监测单元122。图3a以N个离子121和M个监测单元122均位于xoy平面，M＝2为例说明。
如图3a所示，N个离子可形成一维离子链，一维离子链上的相邻两个离子之间的间隔可以相等，也可以不相等。2个监测单元122可以设置于一维离子链的上下两端，也可以设置于一维离子链的左右两侧，或者其他任意的位置，本申请不做限定，在图3a中以监测单元122设置于一维离子链的上下两端为例示例。可选地，监测单元122可等效于离子121。
结构二，离子是二维排布时的离子囚禁模块。
基于上述内容，如图3b所示，为本申请提供的另一种离子囚禁模块的结构示意图。该离子囚禁模块也包括设置于真空系统中的N个离子121和M个监测单元122。图3b也以N个离子121和M个监测单元122均位于xoy平面，M＝2为例说明。该离子囚禁模块12中的N个离子为二维排布，相邻离子之间的距离也不相等。图3b中以监测单元122设置于N个离子的左右两端为例。监测单元122也可以设置于N个离子的上下两端，或者其他位置，本申请也不做限定。
进一步，上述图3a和图3b所示的离子囚禁模块中的监测单元122也可以是多个，比如4个，可围绕N个离子121的一圈设置，监测单元122的数量越多时，可以提高第二光束的信噪比，从而确定出的第二偏离信息更准确，进而可使得根据第二偏离信息确定出的第一偏离信息更准确，可对离子进行更精确的量子态操控。可选地，监测单元122要尽可能靠近离子121，以实现更精确的监测到离子周围的环境。
在一种可能的实现方式中，监测单元122可以为探测器，例如感光阵列探测器，或者光电探测器、或者PD、或者电荷耦合器件(Charge-coupled Device，CCD)。需要说明的是，第一光束和第二光束的束腰大小约为2微米左右，为了精确监测到第二光束的第二偏离信息，探测器的最小像素需满足：能至少识别出第二光束发生2微米左右的变化。目前探测器的最小像素大小为50纳米，如此，可以精确的监测到第二光束的第二偏离信息。
基于上述图3a和图3b所示的离子囚禁模块，分别以监测单元122为感光阵列探测器和四象限光电探测器为例，分如下两种情形，详细说明监测单元122确定第二光束的第二偏离信息的过程。
情形一，两个监测单元122可为感光阵列探测器D1和感光阵列探测器D2，如图3c所示，为本申请提供的另一种离子囚禁模块结构示意图，该离子囚禁模块包括感光阵列探测器D1、感光阵列探测器D2和N个离子，其中，假设感光阵列探测器D1和感光阵列探测器D2均包括5*5个感光单元。
在该情形一中，感光阵列探测器D1和感光阵列探测器D2可以是相同的感光阵列探测器，区别是放置的位置不同。感光阵列探测器D1和感光阵列探测器D2监测第二光束的过程相同，为了便于说明，如下以感光阵列探测器D1为例说明。两个感光阵列探测器对应两个第二光束，即M＝2，在第i个第二光束传输至感光阵列探测器D1时，感光阵列探测器D1上的每个感光单元监测到的第i个第二光束的光强度可能不同，第二光束的中心对应的感光单元监测到的光强度最大，其中，i取遍1至M。
示例性地，在第一时刻，感光阵列探测器D1监测M个第二光束，得到M个第二光束的第一空间强度分布信息，在第二时刻，感光阵列探测器D1监测M个第二光束，得到M个第二光束的第二空间强度分布信息。具体地，针对M个第二光束中的第i个第二光束，感光阵列探测器D1的每个感光单元均可以监测到第i个第二光束对应的一个第一光强度，感光阵列探测器D1包括5*5个感光单元，可以得到一个5*5的第一光强度阵列(如图3d中Ⅰ所示)，该5*5的第一光强度阵列和空间位置的关系即为第i个第二光束的第一空间强度分布信息，可以指示出在第一时刻，第i个第二光束在对应的监测单元上的空间位置和光强度的关系。在第二时刻，基于相同的过程，感光阵列探测器D1的每个感光单元也可以监测到第i个第二光束的一个第二光强度，感光阵列探测器D1可以得到一个5*5的第二光强度阵列，该5*5的第二光强度阵列和空间位置的关系即为第i个第二光束的第二空间强度分布信息。
在一种可能的实现方式中，反馈模块131，用于接收M个第二光束的第一空间强度分布信息和M个第二光束的第二空间强度分布信息，根据第二光束的第一空间强度分布信息和第二光束的第二空间强度分布信息，确定第二光束的第二偏离信息，得到M个第二偏离信息。
基于上述情形一，反馈模块131，用于接收M个5*5的第一光强度阵列和空间位置的关系(即第一空间强度分布信息)和M个5*5的第二光强度阵列和空间位置的关系(即第二空间强度分布信息)。一种可能的实现方式为，反馈模块131，用于将M个5*5的第一光强度阵列和空间位置的关系分别均转化为一维光强度分布。同样地，将M个5*5的第二光强度阵列和空间位置的关系也分别均转化为一维的光强度分布。示例性地，以M个5*5的第一光强度阵列和空间位置的关系中的一个5*5的第一光强度阵列和空间位置的关系转化为一维的光强度分布为例说明。针对X维度，确定5*5的第一光强度阵列和空间位置的关系中的每一列的第一光强度的第一平均值，可以为，对每一列的第一光强度累加再求平均值，根据每一列的第一平均值，可以得到1*5第一平均值阵列(如图3d中的Ⅱ所示)。也可以理解为，在X维度上，可确定出5组空间位置和光强度的关系，为
Figure BDA0001928248050000141
Figure BDA0001928248050000142
通过对X维度确定出的第i个第二光束对应的这5组空间位置和光强度的关系进行函数拟合，可得到第i个第二光束在X维度的中心位置
Figure BDA0001928248050000143
可选地，拟合函数可以是如公式所示的高斯函数，也可以是柯西-洛伦兹分布函数。
Figure BDA0001928248050000144
其中，x为空间位置，I(x)为在空间位置为x的光强度(即第一平均值)，即(x，I(x))与
Figure BDA0001928248050000145
对应，I0为感光阵列探测器D1的本底信号，I1为感光阵列探测器D1监测到的第二光束的强度的高斯分布的峰高，σx为X维度上的高斯分布半高全宽，
Figure BDA0001928248050000146
为通过拟合得到的第i个第二光束在第一时刻在感光阵列探测器D1的X维度的中心位置。
基于相同的过程，在Y维度上，可确定出5组空间位置和光强度的关系，为
Figure BDA0001928248050000147
Figure BDA0001928248050000148
针对第i个第二光束对应的5组空间位置和光强度的关系：
Figure BDA0001928248050000149
通过进行函数拟合可得到第i个第二光束在第一时刻在感光阵列探测器D1的Y维度的中心位置
Figure BDA00019282480500001410
如此，可以确定出第i个第二光束在第一时刻在感光阵列探测器D1的中心位置坐标为
Figure BDA00019282480500001411
进一步，基于上述相同的方式，可确定出第i个第二光束在第二时刻在感光阵列探测器D1的中心位置坐标为
Figure BDA00019282480500001412
根据公式3和公式4可以确定出第i个第二光束在感光阵列探测器D1上的第二偏移信息为
Figure BDA00019282480500001413
Figure BDA00019282480500001414
Figure BDA0001928248050000151
基于上述相同的过程，可以确定出第j个第二光束在感光阵列探测器D2上的第二偏移信息为
Figure BDA0001928248050000152
其中，第j个为2个第二光束中除第i个外的另一个。
在一种可能的实现方式中，第一时刻可以是离子阱系统完成初始化的时刻，第二时刻可以是第一时刻之后的任意时刻，第一时刻和第二时刻之间的时间间隔可以根据实际需求来确定，本申请不做限定。
情形二，两个监测单元122可为四象限光电探测器D3和四象限光电探测器D4，如图3e所示，为本申请提供的一种离子囚禁模块结构示意图，该离子囚禁模块包括四象限光电探测器D3和四象限光电探测器D4。其中，四象限光电探测器D3和四象限光电探测器D4均是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而形成的光电探测器，四象限光电探测器D3包括象限1、象限2、象限3和象限4。
在该情形二中，四象限光电探测器D3和四象限光电探测器D4可以是相同的光电探测器，且监测第二光束的过程相同，为了便于说明，如下以四象限光电探测器D3为例说明。当第i个第二光束传输至四象限光电探测器D3时，每个象限监测到的第i个第二光束的光电流大小可能不同，第i个第二光束的中心对应的象限内监测到的光电流最大，光电流的大小可以表示光强度的大小，其中，i取遍1至M。
示例性地，在第一时刻，四象限光电探测器D3监测M个第二光束，得到M个第二光束的第一空间强度分布信息，在第二时刻，四象限光电探测器D3监测M个第二光束，得到M个第二光束的第二空间强度分布信息。具体地，在第一时刻，针对M个第二光束中的第i个第二光束，四象限光电探测器D3中的每个象限均可监测到第i个第二光束中对应的一个第一光电流，四象限光电探测器D3包括四个象限，可得到一个象限与第一光电流的关系，分别为
Figure BDA0001928248050000153
象限与第一光电流的关系即为第一空间强度分布信息。在第二时刻，针对M个第二光束中的第i个第二光束，四象限光电探测器D3的每个象限均可监测到第i个第二光束中对应的一个第二光电流，四象限光电探测器D3包括四个象限，可得到一个象限与第二光电流的关系，为
Figure BDA0001928248050000154
Figure BDA0001928248050000155
象限与第二光电流的关系即为第二空间强度分布信息。
基于上述情形二，反馈模块131，用于接收象限与第一光电流的关系(第一空间强度分布信息)和象限与第二光电流的关系(第二空间强度分布信息)。在一种可能的实现方式中，反馈模块131，可用于根据下述公式5确定第i个第二光束在的四象限光电探测器D3的X维度上的第二偏移信息
Figure BDA0001928248050000156
根据下述公式6确定第i个第二光束在的四象限光电探测器D3的Y维度上的第二偏移信息
Figure BDA0001928248050000157
如此，可确定出第i个第二光束在的四象限光电探测器D3上的第二偏移信息
Figure BDA0001928248050000158
Figure BDA0001928248050000161
Figure BDA0001928248050000162
基于上述相同的过程，可以确定出第j个第二光束在感光阵列探测器D4上的第二偏移信息为
Figure BDA0001928248050000163
其中，第j个为2个第二光束中除第i个外的另一个。
在一些实施例中，确定第二光束的第二偏离信息还可以通过引入新的光学器件，对第二光束照射的光斑进行放大，实现放大第二光束的第二偏离信息，从而确定出第二光束的第二偏离信息。
基于上述监测单元122中的情形一或者情形二，反馈模块131可得到M个第二偏离信息。在一种可能的实现方式中，反馈模块131，用于根据M个第二偏离信息确定N个第一光束的第一偏离信息，根据第一光束的第一偏离信息确定第一反馈信号，得到N个第一反馈信号，将N个第一反馈信号传输至控制模块132，第一偏离信息用于指示对应的第一光束偏离初始化位置的程度。在另一种可能的实现方式中，反馈模块131，用于将M个第二偏离信息传输至控制模块132。即在反馈模块131得到M个第二偏离信息后，之后的过程可参见上述反馈控制模块13中的实现方式一和实现方式二，此处不再赘述。
基于上述内容，下面结合具体的硬件结构，给出上述离子阱系统的六种具体实现方式，以便于进一步理解上述离子阱系统的实现过程。
示例一
图4a为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图。如图4a所示，该离子阱系统包括激光调控模块11、离子囚禁模块12、反馈模块131和控制模块132。激光调控模块11包括第一分束器111a、透镜112a、N个第一MEMS反射镜113a、M个第二MEMS反射镜114a和物镜115a，N个第一光束与N个第一MEMS反射镜113a一一对应，M个第二光束与M个第二MEMS反射镜114a一一对应，即一个第一MEMS反射镜113a可改变一个第一光束与的传输方向，一个第二MEMS反射镜114a可改变一个第二光束的传输方向。
第一分束器111a，用于将来自激光器的光束分为N个第一光束和M个第二光束。在一种可能的实现方式中，第一分束器111a也可以用于将来自激光器的光束分为P个第一光束和Q个第二光束，其中，N个第一光束属于P个第一光束中的N个，M个第二光束属于Q个第二光束中的M个。其中，第一分束器111a可以为衍射光学器件(diffractive opticalelements，DOE)(如图4a所示)，DOE可以将来自激光器的一束光均匀地分为N个第一光束和M个第二光束，出射的N个第一光束的和M个第二光束的直径、发散角与射入DOE的光束完全相同，仅是传输方向发生了变化。也就是说，该实施例中第一光束和第二光束是相同的光束。可选地，DOE将光束分出的数目和光束之间的间隔可由DOE的物理结构来决定。也可以理解为，DOE的物理结构可根据第一光束之间的间隔、第二光束之间的间隔、以及第一光束和第二光束之间的间隔来确定。在另一种可能的实现方式中，第一分束器也可以为N+M个偏振分光棱镜(polarizing beam splitter，PBS)，N+M个PBS与N个第一光束、M个第二光束一一对应，也可以理解为N+M个PBS中的N个PBS与N个第一光束一一对应，N+M个PBS中的M个PBS与M个第二光束一一对应，且N个PBS与M个PBS不重叠。需要说明的是，PBS可以把入射的光束分成两束垂直的线偏振光，即P偏光和S偏光。其中P偏光完全通过，而S偏光以45度角被反射，出射方向与P光成90度角，从而可实现分光比分别为1:1到1：(N+M)，即可将将一束总光强为I0的光束分为N+M束光强度均为I0/(N+M+1)的光束。
透镜112a，用于将来自第一分束器111a的N个第一光束和M个第二光束汇聚为平行光，将汇聚为平行光的N个第一光束分别传输至N个第一MEMS反射镜113a，并将汇聚为平行光的M个第二光束分别传输至M个第二MEMS反射镜114a。
N个第一MEMS反射镜113a，分别将接收的第一光束传输至物镜115a，M个第二MEMS反射镜114a，用于分别将接收的第二光束传输至物镜115a。即一个第一MEMS反射镜113a可传输一个第一光束至物镜，一个第二MEMS反射镜114a可传输一个第二光束至物镜。
其中，第一MEMS反射镜113a和第二MEMS反射镜114a可以相同，也可以不相同，N个第一MEMS反射镜113a和M个第二MEMS反射镜114a可形成MEMS反射镜阵列。
在一种可能的实现方式中，若N个离子121是一维排布，即形成一维离子链，则第一MEMS反射镜113a也是一维排布，即第一MEMS反射镜113a排布在一条线上。若N个离子121是二维排布，则第一MEMS反射镜113a也是二维排布，即第一MEMS反射镜113a排布在一个面上，且第一MEMS反射镜113a可向一个离子121传输一个第一光束。若N个离子121是三维排布，则第一MEMS反射镜113a也是三维排布，且第一MEMS反射镜113a可向一个离子121传输一个第一光束。N个第一MEMS反射镜113a和M个第二MEMS反射镜114a均可由控制模块132输入的控制信号分别进行独立调节，第一MEMS反射镜113a可独立改变对应的第一光束的传输方向，第二MEMS反射镜114a独立改变对应的第二光束的传输方向。一种可能的实现方式中，N个第一MEMS反射镜113a在N个第一控制信号的控制下，改变N个第一光束的传输方向，M个第二MEMS反射镜114a在M个第二控制信号的控制下，改变M个第二光束的传输方向。为了便于监测单元122监测第二光束，M个第二MEMS反射镜114a一般为边缘的MEMS反射镜，对应的M个第二光束也可以是边缘的光束。
需要说明的是，第一MEMS反射镜113a和第二MEMS反射镜114a的可控偏转角一般为±5°，通常第一MEMS反射镜113a到离子121之间的距离为几厘米，离子121之间的间距为微米量级，因此，第一MEMS反射镜113a和第二MEMS反射镜114a的可控偏转角度可以满足需要调整的角度范围。
物镜115a，用于将来自N个第一MEMS反射镜113a的N个第一光束和来自M个第二MEMS反射镜114a的M个第二光束进行聚焦，将聚焦后的N个第一光束分别传输至N个离子121，并将聚焦后的M个第二光束分别传输至M个监测单元122。即一个第一光束传输至一个离子121，一个第二光束传输至一个监测单元122。
需要说明的是，为了减少第一光束对离子进行量子态操控时对周围的量子比特的影响，需要将第一光束在离子处的束腰聚焦到很小(通常为微米量级)，物镜115a可采用较高数值孔径的物镜，这类物镜可由多个透镜组合而成，数值孔径可达到0.2以上。
反馈模块131、控制模块132和离子囚禁模块12均可以与上述图2所示的结构相同，此处不再赘述。对于离子囚禁模块12也可以上述图3a、3b、3c、和图3e中的任一个，此处不再赘述。
在一种可能的实现方式中，物镜115a一般和离子囚禁模块12之间的距离较小，可以将这两者集成在一起。
在一种可能的实施方式中，在对上述图4a所示的离子阱系统进行初始化的时，需要分别确定出N个第一MEMS反射镜113a的初始化空间位置(主要是初始化角度)、以及M个第二MEMS反射镜114a的初始化空间位置(主要是初始化角度)。N个第一MEMS反射镜113a和M个第二MEMS反射镜114a确定初始化角度的过程相同，如下以确定N个第一MEMS反射镜113a中的任一个第一MEMS反射镜113a的初始化角度为例说明。具体过程为：将第一MEMS反射镜113a随机置于一个角度后，通过不断调整该第一MEMS反射镜113a的角度，以改变与该第一MEMS反射镜113a对应的第一光束的传输方向，并对该第一光束对应的离子进行拉比振荡的扫描，可得到如图1a所示的拉比强度与第一光束的坐标之间的关系图，当第一光束的位置与对应的离子完全对准时，测得的拉比强度Ω最大，确定此时第一MEMS反射镜113a的角度为初始化角度。也可以理解为，在对离子阱系统初始化完成后，离子阱系统中的N个第一MEMS反射镜113a处于对应的初始化角度。如此，N个第一MEMS反射镜113a将N个第一光束传输至N个离子时，实现N个第一光束与N个离子一一对准，同样地，M个第二MEMS反射镜114a处于对应的初始化角度，也可将M个第二光束与M个监测单元122一一对准。
需要说明的是，确定N个第一MEMS反射镜113a和M个第二MEMS反射镜114a的初始化角度的过程可以是通过软件程序进行迭代自动校准和调节。
基于上述图4a所示的离子阱系统，在对离子阱系统完成初始化后，N个第一MEMS反射镜113a和M个第二MEMS反射镜114a均保持在对应的初始化角度附近，后续再在反馈模块131和控制模块132的作用下进行细微的调整，实现N个第一光束与N个离子一一对准，M个第二光束与M个监测单元一一对准。而且，可实现同时操控多个离子，且一个第一光束与一个离子对应，不存在第一光束从一个离子切换到另一个离子，因此，也不会出现第一光束扫到其它离子的问题，即离子之间不会相互影响。进一步，第一光束用于对应离子进行量子态操控，第二光束用于确定第一光束和第二光束的偏离信息，如此，可在不破坏第一光束对离子进行量子态操控的情况下，实现N个第一光束与N个离子一一对准。
在对离子阱系统初始化完成之后，可对离子阱中的离子进行量子态操控。在对离子进行量子态操控时，可能会由于离子阱系统所处环境的扰动，比如温度和/或湿度的改变，造成第一光束和对应的离子不能完全对准(如图4a中的虚线表示的发生偏离的第一光束)。基于该情况，控制模块132，用于向第一MEMS反射镜113a输入对应的第一控制信号，可通过调整第一MEMS反射镜113a的角度，以实现第一光束与对应的离子121对准，用于向第二MEMS反射镜114a输入对应的第二控制信号，可通过调整第二MEMS反射镜114a的角度，以实现第二光束与对应的监测单元122对准。
如下，基于图4a所示的离子阱系统，提供的一种确定第一MEMS反射镜113a的第一补偿角，以及第二MEMS反射镜114a的第二补偿角的实现方式。其中，第一补偿角和第二补偿角也可以理解为当前角度与初始化角度之间的变化量。
在一种可能的实现方式中，确定第一补偿角，可先确定出第一偏离信息。基于上述情形一或者情形二，在反馈模块131确定出M个第二偏离信息后，在一种可能的实现方式中，反馈模块131根据M个第二偏离信息确定N个第一光束的N个第一偏离信息。在另一种可能的实现方式中，反馈模块131用于将M个第二偏离信息传输至控制模块132，控制模块132，用于根据M个第二偏离信息确定N个第一偏离信息。以下确定第一偏离信息的过程可以是反馈模块131确定的，也可以是控制模块132确定的，为了便于方案的说明，对于M个第二光束，仍以第i个第二光束为例，i取遍1至M；对于N个第一光束，以第k个第一光束为例，k取遍1至N。
针对M个第二光束，假设第i个第二光束传输至对应的第二MEMS反射镜114a的ABCD矩阵为
Figure BDA0001928248050000191
可根据如下公式7和公式8可以确定出第i个第二光束对应的第二MEMS反射镜114a的第二补偿角
Figure BDA0001928248050000192
Figure BDA0001928248050000193
Figure BDA0001928248050000194
基于相同的过程，i取遍1至M后，可以确定出M个第二MEMS反射镜114a中每个第二MEMS反射镜114a对应的第二补偿角。
针对N个第一光束，假设第k个第一光束传输至对应的第一MEMS反射镜113a产生的偏离量为
Figure BDA0001928248050000195
根据ABCD矩阵方程，则有如下关系：
Figure BDA0001928248050000196
其中，
Figure BDA0001928248050000197
为第k个第一光束在对应离子的X维度的中心位置(已知量)，
Figure BDA0001928248050000198
为第k个第一光束在对应的离子的第一偏离信息(未知量)，
Figure BDA0001928248050000199
为初始化横向偏移，
Figure BDA00019282480500001910
为初始化偏移角，
Figure BDA00019282480500001911
为已知量。
对于N个第一光束和M个第二光束，取一个垂直于N个第一光束和M个第二光束的传输方向的平面，该平面内N个第一光束和M个第二光束的共同偏移量为{Δx1，Δθ1}，
Figure BDA00019282480500001912
为第k个第一光束从该平面到第一MEMS反射镜113a的传输的距离，则从该平面到第一MEMS反射镜113a的ABCD矩阵为
Figure BDA00019282480500001913
因此，有如下关系：
Figure BDA00019282480500001914
化简公式10，得到：
Figure BDA00019282480500001915
代入上述公式9，可得到下面公式11。
Figure BDA00019282480500001916
化简公式11，可得到下面公式12。
Figure BDA00019282480500001917
其中，对于M个第二光束，
Figure BDA0001928248050000201
和
Figure BDA0001928248050000202
均为已知量，Δx1和Δθ1为未知量，将上述监测单元122的情形一或者情形二中确定出的两个第二偏移信息为
Figure BDA0001928248050000203
以及
Figure BDA0001928248050000204
分别代入公式12，可以确定出{Δx1，Δθ1}。
进一步，对于N个第一光束，根据{Δx1，Δθ1}代入公式12，可以确定出第k个第一光束的第一偏移信息
Figure BDA0001928248050000205
根据公式13和确定出的第一偏移信息
Figure BDA0001928248050000206
可确定出第一MEMS反射镜113a的X维度的第一补偿角
Figure BDA0001928248050000207
Figure BDA0001928248050000208
基于上述的相同的过程，可以确定出第一偏离信息
Figure BDA0001928248050000209
根据公式14和确定出的第一偏离信息
Figure BDA00019282480500002010
可确定出第一MEMS反射镜113a的Y维度的第一补偿角
Figure BDA00019282480500002011
Figure BDA00019282480500002012
进而可确定出第一MEMS反射镜113a的第一补偿角
Figure BDA00019282480500002013
在一种可能的实现方式中，反馈模块131可基于上述过程，根据第一光束的第一偏离信息，确定对应的第一MEMS反射镜113a的第一补偿角，即针对N个第一MEMS反射镜113a，可以得到N个第一补偿角，并分别根据N个第一补偿角生成N个第一反馈信号，并向控制模块132传输N个第一反馈信号，N个第一补偿角与N个第一反馈信号一一对应。控制模块132，用于根据第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，分别将N个第一控制信号传输至对应的第一MEMS反射镜113a，N个第一反馈信号与N个第一控制信号一一对应，N个第一控制信号与N个第一MEMS反射镜一一对应。第一MEMS反射镜113a根据接收的第一控制信号，调整第一MEMS反射镜113a的角度，改变对应的第一光束的传输方向，使该第一光束传输至对应的离子121时，与该离子121对准。如此，可实现N个第一光束与N个离子121一一对准。
进一步，反馈模块131还用于分别根据第二光束的第二偏离信息，确定对应的第二MEMS反射镜114a的第二补偿角，即针对N个第二MEMS反射镜114a，可以得到M第二补偿角，并分别根据M个第二补偿角生成M个第二反馈信号，并向控制模块132传输M个第二反馈信号，M个第二补偿角与M个第二反馈信号一一对应。控制模块132，用于根据第二反馈信号确定第二控制信号，得到M个第二控制信号，将M个第二控制信号传输至对应的第二MEMS反射镜114a，M个第二反馈信号与M个第二控制信号一一对应，M个第二控制信号与M个第二MEMS反射镜114a一一对应。M个第二MEMS反射镜114a，用于根据接收的第二控制信号，调整第二MEMS反射镜114a角度，改变第二光束的传输方向，使传输至离子囚禁模块12的第二光束与对应的监测单元122对准。如此，可实现M个第二光束与M个监测单元一一对准。
本申请中，当第一光束和第二光束的光强度受环境影响发生改变时，也会对离子进行量子操控产生影响。比如，第一光束的光强度较弱，照射到离子产生的荧光也较弱，则在探测离子的量子态的时候，收集到的荧光也较弱，可能造成量子态探测器结果不精确。为了解决光强度对量子操控的影响，可对第一光束和第二光束的光强度进行补，以实现输出光强度稳定的第一光束和第二光束。
示例二
如图4b所示，为本申请提供的再一种离子阱系统结构示意图。该离子阱系统包括激光调控模块11、离子囚禁模块12、反馈模块131和控制模块132。激光调控模块11包括第一分束器111a、透镜112a、N个第一微机电系统MEMS反射镜113a、M个第二MEMS反射镜114a、物镜115a和AOM116a，控制模块132包括RF源1321。AOM116a包括N个第一通道和M个第二通道(如图4b所示用不同图案的填充标识)，N个第一通道与N个第一光束一一对应，M个第二通道与M个第二光束一一对应，且N个第一通道和M个第二通道之间没有重叠，且N个第一通道与M个第二通道分别被独立调控。
AOM116a，用于对经过第一分束器111a和透镜112a的N个第一光束进行光强度和/或光重复频率的调制，分别将N个第一光束传输至N个第一MEMS反射镜113a；分别对经过第一分束器111a和透镜112a的M个第二光束进行光强度和/或光重复频率的调制，并分别将M个第二光束传输至M个第二MEMS反射114a。
RF源1321，用于控制输入AOM116a的射频信号的强度和重复频率。
在一种可能的实现方式中，AOM由声光介质和压电换能气构成。当驱动源的某种特定载波的波频率驱动换能器时，换能气即产生同一频率的超声波并传入声光介质，在介质内形成折射率变化，光束通过介质时发生相互作用而改变光束的传输方向即产生衍射，即可从AOM出射衍射光。
在一种可能的实现方式中，当第一光束穿过AOM116a的第一通道时，在RF源1321的作用下，第一光束会产生衍射，一般可通过调节RF源1321的射频信号的强度，可使得第一光束的1级衍射光的强度改变，即该1级衍射光的强度正比于RF源输入AOM116a的射频信号的强度。第二光束穿过AOM116a的第二通道的原理与第一光束穿过AOM116a的第一通道的原理相同，此处不再赘述。图4b中的其它结构可参见上述图4a的介绍，此处不再赘述。
也可以理解为，图4b所示的实施例与图4a所示的实施例的主要区别在于：图4b在离子阱中增加了AOM116a和RF源1321，可通过AOM实现对第一光束和第二光束的光强度和光重复频率的补偿，从而实现对离子进行稳定的量子态操控。
基于图4b，本申请提供的一种光强度的调制的实现方式，如图4c所示，为本申请提供的一种光强度调制的架构示意图。该架构中，反馈模块131还用于根据从M个监测单元122的接收的M个第二光束的第一空间强度分布信息确定第一总光强度，得到M个第一总光强度；根据从M个监测单元122接收的M个第二光束的第二空间强度分布信息确定第二总光强度，得到M个第二总光强度，根据M个第一总光强度和M个第二总光强度，确定光强度的变化量，其中，光强度的变化量，即为N个第一光束、M个第二光束的光补偿强度(即第一光束的光补偿强度和第二光束的光补偿强度相同)，根据光补偿强度，确定第三反馈信号，并向控制模块132传输第三反馈信号。控制模块132还用于根据从反馈模块131接收的第三反馈信号，确定第三控制信号，第三控制信号用于控制输入至AOM的射频信号的强度。一种可能的实现方式中，控制模块132包括RF源1321，RF源1321用于根据第三控制信号，控制输入至AOM116a的射频信号的强度，其中，M个第一总光强度与M个第一空间强度分布信息一一对应，M个第二总光强度与M个第二空间强度分布信息一一对应。
进一步，为了提高确定出的光补偿强度的精确性，可以将每个监测单元122监测到的光强度的变化量的求和再平均，将得到的平均值作为光补偿强度。
示例性地，若两个监测单元122监测到第i个第二光束和第j个第二光束的光强度的减小量分别为ΔIi和ΔIj，反馈模块131，用于确定第i个第二光束和第j个第二光束总强度减小ΔI＝(ΔIi+ΔIj)/2，则可确定N个第一光束和M个第二光束的光补偿强度均为+ΔI，根据+ΔI确定第三反馈信号，并向控制模块132传输第三反馈信号。控制模块132用于根据来自反馈模块131的第三反馈信号，确定第三控制信号，控制模块132中RF源1321，用于在第三控制信号的控制下，向AOM116a输出射频信号的强度为PRF。
在一种可能的实现方式中，第一光束和第二光束的重复频率对进行稳定的量子态操控也会产生影响。基于图4b，为本申请提供的一种重复频率调制的实现方式，如图4c所示，M个监测单元122，还用于分别在第一时刻和第二时刻监测第二光束，得到第二光束的第一重复频率和第二重复频率。反馈模块131，还用于接收第一重复频率和第二重复频率，根据接收的第一重复频率和第二重复频率，确定重复频率的变化量，其中，重复频率的变化量，即为N个第一光束、M个第二光束的补偿重复频率，根据补偿重复频率，确定第四反馈信号，并向控制模块132传输第四反馈信号。控制模块132，还用于根据反馈模块131的第四反馈信号，确定第四控制信号，其中，第四控制信号用于控制输入至AOM的射频信号的频率。在一种可能的实现方式中，控制模块132包括RF源1321，RF源还用于根据第四控制信号，控制输入至AOM的射频信号的频率。
其中，在第一时刻，一个第二光束对应一个第一重复频率，可得到M个第一重复频率；在第二时刻，一个第二光束对应一个第二重复频率，可得到M个第二重复频率，M个第二光束与M个第一重复频率一一对应，M个第二光束与M个第二重复频率一一对应。
进一步，为了提高确定出的补偿重复频率的精确性，可以将每个监测单元122监测到的第二光束的重复频率的变化量的求和再平均，将得到的平均值作为补偿重复频率。
在另一种可能的实现方式中，监测第二光束得到第二光束的第一重复频率和第二重复频率，可以是高速PD D5来实现，如图3e所示，高速PD D5与四象限光电探测器D3和四象限光电探测器D4可以在一个xoy平面。如果用高速PD D5监测第二光束的第一重复频率和第二重复频率，则至少需要3个第二光束。
需要说明的是，高速PD D5的响应时间达到百皮秒量级，可以探测到高阶谐波信号(达到GHz)，这样可以更加灵敏的监测到第二光束的第一重复频率和第二重复频率。其中，高速PD D5的位置不局限于集成在离子囚禁模块12，也可以存在光路中任一位置，若光路中引入光纤，一般将高速PD D5置于光纤之后。
本申请提供了的AOM也可以实现补偿重复频率的原理为：从AOM出射的1级衍射光束的频率为f1，该频率为f1的大小由RF源决定，可以针对脉冲激光的重复频率frep进行补偿。针对两束光产生的拉曼跃迁：其中一个光束经过调制频率为f1的AOM，另一个光束经过调制频率为f0的AOM，满足如下关系，如公式15，其中f0为固定值。
n×frep+(f0-f1)＝常数 公式15
f1为从AOM出射的1级衍射光的频率，在重复频率frep发生变化时，可通过调整f1来保证上述关系式成立，如此，可实现重复频率的稳定性，进而可实现稳定的量子操控。
示例三
如图4d所示，为本申请提供的又一种离子阱系统架构示意图。该离子阱系统可以在上述图4b所示的离子阱系统中的控制模块132中增加第一开关1322a和第二开关1323a。第一开关1322a用于控制AOM116a的N个第一通道，第二开关1323a用于控制AOM116a的M个第二通道，N个第一通道与M个第二通道可分别被独立调控。第一开关1322a，用于根据控制模块132的第七控制信号，控制第一开关的状态，第七控制信号是控制模块132根据对N个离子121的量子态操控的时序确定的，在时间维度上表现为不断地开关切换。第二开关1323a，用于根据控制模块132的第八控制信号，控制第二开关保持打开状态，第八控制信号是控制模块在确定离子阱用于量子态操控时确定的。如此，第二开关1323a保持打开的状态可以实现实时持续监测第二光束的第二偏离信息和/或光强度的变化和/或重复频率的变化，有助于进一步提高第一光束和对应离子的对准度、以及进一步提高量子操控的稳定性。
在一种可能的实现方式中，控制模块132中的RF源1321可控制第一开关1322a和第二开关1323a，之后第一开关1322a控制AOM116a的N个第一通道，第二开关1323a控制AOM116a的M个第二通道。在另一种可能的实现方式中，控制模块132中的RF源1321可以直接控制输入至AOM116a的射频信号的强度和/或射频信号的频率。
示例性地，第一开关1322a和第二开关1323a可均为快速光学开关。第一开关1322a可以是开关组，包括N个第一开关，N个第一开关与N个第一通道一一对应；也可以是一个第一开关1322a控制AOM116a的N个第一通道。第二开关1323a也可以是开关组，包括M个第二开关，M个第二开关与M个第二通道一一对应；也可以是一个第二开关1323a控制AOM116a的M个第二通道，图4c中以第一开关1322a包括N个第一开关，第二开关1323a包括M个第二开关为例说明的。
示例四
图5a为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图。如图5a所示，该离子阱系统包括激光调控模块11、离子囚禁模块12、反馈模块131和控制模块132。激光调控模块11包括第二分束器111b、N个第一电光偏转器EOD113b、M个第二EOD114b和物镜115b。
第二分束器111b，用于将来自激光器的光束分为N个第一光束和M个第二光束。可选地，第二分束器111b可以与上述第一分束器111a相同，也可以不相同，图5a中以第一分束器为N+M个PBS为例说明，N+M个PBS与N个第一光束、M个第二光束一一对应，也可以理解为N+M个PBS中的N PBS与N个第一光束一一对应，N+M个PBS中的M个PBS与M个第二光束一一对应，且N个PBS与M个PBS不重叠。
N个第一EOD113b，用于分别将接收的第一光束传输至物镜115b，M个第二EOD114b，分别将接收的第二光束传输至物镜115b。其中，N个第一EOD113b和M个第二EOD114b可以相同，可组成阵列。N个第一EOD113b中的每个第一EOD113b可以独立调整对应的第一光束的传输方向，M个第二EOD114b中每个第二EOD114b也可以独立调整对应的第二光束的传输方向。需要说明的是，EOD(包括N个第一EOD113b和M个第二EOD114b)可以在一定的范围内改变光束的传输方向，并可以高精度的控制光束的偏转角度。具体可通过调控加载到第一EOD113b或第二EOD114b上的电压来实现对对应的光束传输方向的调整。
物镜115b，用于将来自N个第一EOD113b的N个第一光束和来自M个第二EOD114b的M个第二光束进行聚焦，将聚焦后的N个第一光束分别传输至N个离子121，并将聚焦后的M个第二光束分别传输至M个监测单元122。
在一种可能的实现方式中，图5a所示的的离子阱系统在初始化完成后，可确定出第一EOD113b的初始化电压、以及第二EOD114b的初始化电压。第一EOD113b在初始化电压下，可实现将N个第一光束可以与N个离子121一一对准，第二EOD114b在初始化电压，可实现将M个第二光束与M个第二监测单元122一一对准。
在对离子阱系统初始化完成之后，可对离子阱中的离子进行量子态操控。在对离子进行量子态操控时，可能会由于离子阱系统所处环境的扰动，比如温度和/或湿度的改变，造成第一光束和对应的离子不能完全对准。基于该情况，可通过调整第一EOD113b的电压，以实现第一光束与对应的离子对准，以及可通过调整第二EOD114b的电压，以实现第二光束与对应的监测单元122对准。
在一种可能的实现方式中，可基于上述反馈控制模块13中的实现方式一和实现方式二给出的确定第一偏离信息的方式，确定出N个第一偏离信息。在一种可能的实现方式中，反馈模块131用于根据第一光束的第一偏离信息，确定对应的第一EOD113b的第一补偿电压，得到N个第一补偿电压，并分别根据N个第一补偿电压生成N个第一反馈信号，N个第一偏离信息与N个第一补偿电压一一对应，N个第一补偿电压与N个第一反馈信号一一对应。控制模块132，用于根据接收的第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，分别将N个第一控制信号传输至对应的第一EOD113b，N个第一控制信号与N个第一EOD113b一一对应。第一EOD113b，还用于根据接收的第一控制信号，调整对应的第一EOD113b的电压，改变第一光束的传输方向，使传输至离子囚禁模块12的第一光束与对应的离子121。第二EOD114b，还用于根据接收的第二控制信号，调整第二EOD114b的电压，改变第二光束的传输方向，使传输至离子囚禁模块12的第二光束与对应的监测单元122一一对准，其中，M个第二控制信号与M个第二EOD114b一一对应。
示例五
本申请中，提供的另一种调整第一光束和第二光束的光强度的实现方式。如图5b所示，为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图。该离子阱系统包括激光调控模块11、离子囚禁模块12、反馈模块131和控制模块132。激光调控模块11包括第二分束器111b、半波片112b，N个第一电光偏转器EOD113b、M个第二EOD114b和物镜115b。半波片112b设置于激光器和N+M个第二分束器111b之间，用于调整来自激光器的光束的偏振方向，并将偏振方向调整后的光束传输至第二分束器。也可以理解为，半波片112b可以将线偏振光束的偏振方向进行旋转，因此，穿过第二分束器的第一光束和第二光束的强度可由半波片112b的角度决定。半波片112b可以为电控半波片。该实施例中，与图5a的区别为，在图5a的基于上增加了半波片112b，其余的结构可参见上述图5a中的介绍，此处不再赘述。
基于图5b，为本申请提供的另一种光强度的调制的实现方式，如图5c所示，为本申请提供的又一种光强度调制的架构示意图。反馈模块131，还用于根据从M个监测单元122的接收的M个第二光束的第一空间强度分布信息确定第三总光强度，得到M个第三总光强度，根据从M个监测单元122接收的第二光束的M个第二空间强度分布信息确定第四总光强度，得到M个第四总光强度，根据M个第三总光强度和M个第四总光强度，确定光强度的变化量，其中，光强度的变化量为N个第一光束、M个第二光束的光补偿强度，根据光补偿强度，确定第五反馈信号，并向控制模块132传输第五反馈信号。控制模块132，还用于根据第五反馈信号，确定第五控制信号，并向半波片112b输入第五控制信号，第五控制信号用于调整半波片112b的偏振方向，其中，M个第三总光强度与M个第一空间强度分布信息一一对应，M个第四总光强度与M个第二空间强度分布信息一一对应。
示例六
图5d为本申请提供的另一种离子阱系统架构示意图，如图5d所示，该离子阱系统可在图5b所示的离子阱系统中增加AOM116b、第一开关1322b和第二开关1323b。AOM116b可以与上述图4b中的AOM116a相同，此处不再赘述。在一种可能的实现方式中，第一开关1322b可以与上述图4d中的第一开关1322a相同，第二开关1323b可与上述图4d中的第二开关1323a相同，此处不再赘述。AOM116b，用于将经过第二分束器111b的N个第一光束传输至N个第一EOD113b，将经过第二分束器111b的M个第二光束传输至M个第二EOD114b。第一开关1322b与AOM116b的N个第一通道对应，第二开关1323b与AOM116b的M个第二通道对应。第一开关1322b，用于根据控制模块的第七控制信号，控制第一开关的状态，第七控制信号是控制模块根据对N个离子的量子态操控的时序确定的。第二开关1323b，用于根据控制模块的第八控制信号，控制第二开关1323b保持打开状态，第八控制信号是控制模块132在确定离子阱用于量子态操控时确定的。第二开关保持打开状态，可以使得监测单元持续监测第二光束的第二偏离信息和/或光强度和/或重复频率，及时调整第一光束和第二光束的传输方向，进而提高对离子进行稳定的量子态操控。
在一种可能的实现方式中，控制模块132中的RF源1321控制第一开关1322b和第二开关1323b，之后第一开关1322b控制AOM116b的N个第一通道，第二开关1323b控制AOM116b的M个第二通道。在另一种可能的实现方式中，也可以通过控制模块132中的RF源1321可以直接控制输入至AOM116b的射频信号的强度和/或射频信号的频率。
上述任一实施例中，PBS和/或AOM可以做成拼接式结构，如此，可根据离子121的数量进行扩展。
本申请中，离子阱系统中还可包括激光器。针对上述六个示例中的任意示例，离子阱系统还可增加激光器10，该激光器10可以是输出连续激光的激光器，也可以是输出脉冲激光的激光器。包括激光器10的离子阱系统可以是在上述图4a、图4b和图4d任一个中增加激光器10，也可以是在上述图5b、图5b和图5d任一个中增加激光器10。
需要说明的是，第一光束的重复频率和第二光束的重复频率的调制还可通过调整激光器10的腔长调整部件101来实现。也可以理解为，激光器射出的光束的重复频率可由激光器的腔长决定。例如脉冲激光器的腔体上的压电陶瓷，压电陶瓷可用于控制腔体内反射镜的位置，以改变腔长，通过改变腔长，可以调整激光器的输出光束的重复频率。
基于离子阱系统包括激光器10的情况，本申请提供的再一种调整第一光束和第二光束的重复频率的实现方式。如图6所示，监测单元122，还用于分别在第一时刻监测M个第二光束，得到第二光束的第三重复频率，在第二时刻监测M个第二光束，得到第二光束的第四重复频率。反馈模块131，还用于接收第三重复频率和第四重复频率，根据第三重复频率和第四重复频率，确定重复频率的变化量，其中，重复频率的变化量为N个第一光束、M个第二光束的补偿重复频率，根据补偿重复频率，确定第六反馈信号，并向控制模块132传输第六反馈信号。控制模块132，还用于根据反馈模块131的第六反馈信号，确定第六控制信号，并向激光器10的腔长调节部件101输入第六控制信号，第六控制信号用于调整激光器的腔长。在一种可能的实现方式中，激光器10包括腔长调节部件101，腔长调节部件101可以是压电陶瓷，也可以是步进电机。
其中，在第一时刻，一个第二光束对应一个第三重复频率，可得到M个第三重复频率；在第二时刻，一个第二光束对应一个第四重复频率，可得到M个第四重复频率，M个第二光束与M个第三重复频率一一对应，M个第二光束与M个第四重复频率一一对应。
本申请中，上述任一实施例中的多个光学器件可以集成为一个器件，也可以单独为一个器件。将多个光学器件集成为一个器件，可以节省空间，可为实现大规模离子阱系统的量子操控提供可能。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种离子阱系统，其特征在于，包括：激光调控模块、离子囚禁模块、反馈控制模块，所述离子囚禁模块包括设置于真空系统中的N个离子和M个监测单元，所述N为正整数，所述M为大于1的整数；
所述激光调控模块，用于将来自激光器的光束分为P个第一光束和Q个第二光束，将所述P个第一光束中的N个第一光束分别传输至所述N个离子，以及将所述Q个第二光束中的M个第二光束分别传输至所述M个监测单元，所述N个第一光束与所述N个离子一一对应，所述M个第二光束与所述M个监测单元一一对应，一个第一光束用于对一个离子进行量子态操控，所述第二光束用于确定第二偏离信息，所述第二偏离信息用于指示对应的第二光束偏离初始化位置的程度，所述P为不小于N的整数，所述Q为不小于M的整数；
所述M个监测单元，分别用于监测所述M个第二光束，并分别获取所述M个第二光束的空间强度分布信息，其中，所述第二光束对应的空间强度分布信息用于指示所述第二光束在对应的监测单元上的光强度与空间位置的关系；
所述反馈控制模块，用于接收所述M个第二光束的空间强度分布信息，根据所述M个第二光束的空间强度分布信息确定N个第一控制信号，并将所述N个第一控制信号传输至所述激光调控模块，其中，所述N个第一控制信号与所述N个第一光束一一对应，所述第一控制信号用于控制所述激光调控模块将对应的第一光束与离子对准。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反馈控制模块包括反馈模块和控制模块；
所述反馈模块，用于接收所述M个第二光束的空间强度分布信息，根据所述第二光束的空间强度分布信息确定第二偏离信息，得到M个第二偏离信息；根据所述M个第二偏离信息确定所述N个第一光束的第一偏离信息，根据所述第一光束的第一偏离信息确定第一反馈信号，得到N个第一反馈信号，将所述N个第一反馈信号传输至所述控制模块，所述第一偏离信息用于指示对应的第一光束偏离初始化位置的程度；
所述控制模块，用于根据所述第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，将所述N个第一控制信号传输至所述激光调控模块。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述反馈模块，还用于：
根据所述第二偏离信息，确定第二反馈信号，得到M个第二反馈信号，将所述M个第二反馈信号传输至所述控制模块；
所述控制模块，还用于：
根据所述第二反馈信号确定第二控制信号，得到M个第二控制信号，将所述M个第二控制信号传输至所述激光调控模块，其中，所述M个第二控制信号与所述M个第二光束一一对应，所述第二控制信号用于控制所述激光调控模块将对应的第二光束与所述监测单元对准。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述M个监测单元，分别用于监测所述M个第二光束，并分别获取所述M个第二光束的空间强度分布信息，具体包括：
在第一时刻监测所述M个第二光束，得到所述M个第二光束的第一空间强度分布信息，在第二时刻监测所述M个第二光束，得到所述M个第二光束的第二空间强度分布信息；
所述反馈模块，用于接收所述M个第二光束的空间强度分布信息，根据所述第二光束的空间强度分布信息确定第二偏离信息，得到M个第二偏离信息；根据所述M个第二偏离信息确定所述N个第一光束的第一偏离信息，具体包括：
接收所述M个第二光束的第一空间强度分布信息和所述M个第二光束的第二空间强度分布信息；
根据所述第二光束的第一空间强度分布信息和所述第二光束的第二空间强度分布信息，确定所述第二光束的第二偏离信息，得到M个第二偏离信息；
根据所述M个第二偏离信息、以及所述激光调控模块与所述离子囚禁模块之间的光束传输ABCD矩阵，确定所述N个第一光束的第一偏离信息，得到N个第一偏离信息。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反馈控制模块包括反馈模块和控制模块；
所述反馈模块，用于接收所述M个第二光束的空间强度分布信息，根据所述第二光束的空间强度分布信息确定第二偏离信息，得到M个第二偏离信息，将所述M个第二偏离信息传输至所述控制模块；
所述控制模块，用于根据所述M个第二偏离信息确定所述N个第一光束的第一偏离信息，根据所述第一光束的第一偏离信息确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，并将所述N个第一控制信号传输至所述激光调控模块。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制模块，还用于：
根据所述第二偏离信息，确定第二控制信号，得到M个第二控制信号，将所述M个第二控制信号传输至所述激光调控模块，所述第二控制信号用于控制所述激光调控模块将对应的第二光束与所述监测单元对准。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述M个监测单元，分别用于监测所述M个第二光束，并分别获取所述M个第二光束的空间强度分布信息，具体包括：
在第一时刻监测所述M个第二光束，得到所述M个第二光束的第一空间强度分布信息，在第二时刻监测所述M个第二光束，得到所述M个第二光束的第二空间强度分布信息；
所述反馈模块，用于将所述M个第二偏离信息传输至所述控制模块，具体包括：
接收所述M个第二光束的第一空间强度分布信息和所述M个第二光束的第二空间强度分布信息；
根据所述第二光束的第一空间强度分布信息和所述第二光束的第二空间强度分布信息，确定所述第二光束的第二偏离信息，得到M个第二偏离信息，将确定出的M个第二偏离信息传输至所述控制模块；
所述控制模块，用于根据所述M个第二偏离信息确定所述N个第一光束的第一偏离信息，具体包括：
根据所述M个第二偏离信息、以及所述激光调控模块与所述离子囚禁模块之间的光束传输ABCD矩阵，确定所述N个第一光束的第一偏离信息，得到N个第一偏离信息。
8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述激光调控模块包括第一分束器、透镜、N个第一微机电系统MEMS反射镜、M个第二MEMS反射镜和物镜，所述N个第一光束与所述N个第一MEMS反射镜一一对应，所述M个第二光束与所述M个第二MEMS反射镜一一对应；
所述第一分束器，用于将所述来自激光器的光束分为所述N个第一光束和所述M个第二光束；
所述透镜，用于将来自所述第一分束器的所述N个第一光束和所述M个第二光束汇聚为平行光，将汇聚为平行光的所述N个第一光束分别传输至所述N个第一MEMS反射镜，并将汇聚为平行光的所述M个第二光束分别传输至所述M个第二MEMS反射镜；
所述N个第一MEMS反射镜，用于分别将接收的第一光束传输至所述物镜，所述M个第二MEMS反射镜，用于分别将接收的第二光束传输至所述物镜；
所述物镜，用于将来自所述N个第一MEMS反射镜的所述N个第一光束和来自所述M个第二MEMS反射镜的所述M个第二光束进行聚焦，将聚焦后的所述N个第一光束分别传输至所述N个离子，并将聚焦后的所述M个第二光束分别传输至所述M个监测单元。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述反馈模块，用于根据所述第一光束的第一偏离信息确定第一反馈信号，得到N个第一反馈信号，具体包括：
所述反馈模块根据所述第一光束的第一偏离信息，确定对应的所述第一MEMS反射镜的第一补偿角，得到N个第一补偿角，并分别根据所述N个第一补偿角生成所述N个第一反馈信号，所述N个第一补偿角与所述N个第一反馈信号一一对应；
所述控制模块，用于根据所述第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，将所述N个第一控制信号传输至所述激光调控模块，具体包括：
所述控制模块根据所述第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，分别将所述N个第一控制信号传输至对应的所述第一MEMS反射镜，所述N个第一控制信号与所述N个第一MEMS反射镜一一对应；
所述第一MEMS反射镜，还用于：
根据接收的所述第一控制信号，调整所述第一MEMS反射镜的角度，改变所述第一光束的传输方向，使传输至所述离子囚禁模块的所述第一光束与对应的离子对准；
所述第二MEMS反射镜，还用于：
根据接收的所述第二控制信号，调整所述第二MEMS反射镜的角度，改变所述第二光束的传输方向，使传输至所述离子囚禁模块的所述第二光束与对应的所述监测单元对准。
10.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述激光调控模块还包括声光调制器AOM，所述AOM包括N个第一通道和M个第二通道，所述N个第一通道和与所述N个第一光束一一对应，所述M个第二通道与所述M个第二光束一一对应，所述N个第一通道与所述M个第二通道分别被独立调控；
所述AOM，用于对经过所述第一分束器和所述透镜的所述N个第一光束进行光强度和/或光重复频率的调制，分别将所述N个第一光束传输至所述N个第一MEMS反射镜；分别对经过所述第一分束器和所述透镜的所述M个第二光束进行光强度和/或光重复频率的调制，并分别将所述M个第二光束传输至所述M个第二MEMS反射镜。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述反馈模块，还用于：
根据从所述M个监测单元接收的所述M个第二光束的第一空间强度分布信息确定第一总光强度，得到M个第一总光强度；根据从所述M个监测单元接收的所述M个第二光束的第二空间强度分布信息确定第二总光强度，得到M个第二总光强度；
根据所述M个第一总光强度和所述M个第二总光强度，确定光强度的变化量，其中，所述光强度的变化量为所述N个第一光束和所述M个第二光束的光补偿强度；
根据所述光强度的变化量，确定第三反馈信号，并向所述控制模块传输所述第三反馈信号；
所述控制模块，还用于：
根据所述反馈模块的所述第三反馈信号，确定第三控制信号，其中，所述第三控制信号用于控制输入至所述AOM的射频信号的强度。
12.如权利要求10或11所述的系统，其特征在于，所述监测单元，还用于：
分别在所述第一时刻和所述第二时刻监测所述第二光束，得到所述第二光束的第一重复频率和第二重复频率；
所述反馈模块，还用于：
根据所述接收的第一重复频率和所述第二重复频率，确定重复频率的变化量，其中，所述重复频率的变化量为所述N个第一光束和所述M个第二光束的补偿重复频率；
根据所述重复频率的变化量，确定第四反馈信号，并向所述控制模块传输所述第四反馈信号；
所述控制模块，还用于：
根据所述反馈模块的所述第四反馈信号，确定第四控制信号，其中，所述第四控制信号用于控制输入至所述AOM的射频信号的频率。
13.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述激光调控模块包括第二分束器、N个第一电光偏转器EOD、M个第二EOD和物镜，所述N个第一光束与所述N个第一EOD一一对应，所述M个第二光束与所述M个第二EOD一一对应；
所述第二分束器，用于将所述来自激光器的光束分为所述N个第一光束和所述M个第二光束；
所述N个第一EOD，用于分别将接收的所述第一光束传输至所述物镜，所述M个第二EOD，分别将接收的所述第二光束传输至所述物镜；
所述物镜，用于将来自所述N个第一EOD的所述N个第一光束和来自所述M个第二EOD的所述M个第二光束进行聚焦，将聚焦后的所述N个第一光束分别传输至所述N个离子，并将聚焦后的所述M个第二光束分别传输至所述M个监测单元。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述反馈模块，用于根据所述第一偏离信息确定第一反馈信号，得到N个第一反馈信号，具体包括：
所述反馈模块根据所述第一光束的第一偏离信息，确定对应的所述第一EOD的第一补偿电压，得到N个第一补偿电压，并分别根据所述N个第一补偿电压生成所述N个第一反馈信号，所述N个第一补偿电压与所述N个第一反馈信号一一对应；
所述控制模块，用于根据接收的所述第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，并将所述N个第一控制信号传输至所述激光调控模块，具体包括：
所述控制模块根据接收的所述第一反馈信号确定第一控制信号，得到N个第一控制信号，分别将所述N个第一控制信号传输至对应的所述第一EOD，所述N个第一控制信号与所述N个第一EOD一一对应；
所述第一EOD，还用于：
根据接收的所述第一控制信号，调整所述第一EOD的电压，改变所述第一光束的传输方向，使传输至所述离子囚禁模块的所述第一光束与对应的离子对准；
所述第二EOD，还用于：
根据接收的所述第二控制信号，调整所述第二EOD的电压，改变所述第二光束的传输方向，使传输至所述离子囚禁模块的所述第二光束与对应的所述监测单元对准。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述激光调控模块还包括半波片；
所述半波片，用于调整所述来自激光器的光束的偏振方向，并将偏振方向调整后的光束传输至所述第二分束器；
所述反馈模块，还用于：
根据从所述M个监测单元接收的所述M个第二光束的第一空间强度分布信息确定第三总光强度，得到M个第三总光强度；根据从所述M个监测单元接收的所述M个第二光束的第二空间强度分布信息确定第四总光强度，得到M个第四总光强度；
根据所述M个第三总光强度和所述M个第四总光强度，确定光强度的变化量，其中，所述光强度的变化量为所述N个第一光束和M个第二光束的光补偿强度；
根据所述光强度的变化量，确定第五反馈信号，并向所述控制模块传输所述第五反馈信号；
所述控制模块，还用于：
根据所述第五反馈信号，确定第五控制信号，并向所述半波片输入所述第五控制信号，所述第五控制信号用于调整所述半波片的偏振方向。
16.如权利要求8至15任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括激光器，所述激光器包括腔长调节部件；
所述监测单元，还用于：
分别在所述第一时刻和所述第二时刻监测所述第二光束，得到所述第二光束的第三重复频率和第四重复频率；
所述反馈模块，还用于：
根据所述第三重复频率和所述第四重复频率，确定重复频率的变化量，其中，所述重复频率的变化量为所述N个第一光束和所述M个第二光束的补偿重复频率；
根据所述补偿重复频率，确定第六反馈信号，并向所述控制模块传输所述第六反馈信号；
所述控制模块，还用于：
根据所述反馈模块的所述第六反馈信号，确定第六控制信号，并向所述激光器的腔长调节部件输入所述第六控制信号，所述第六控制信号用于调整所述激光器的腔长。
17.如权利要求13至16任一项所述的系统，其特征在于，所述激光调控模块还包括声光调制器AOM，所述AOM包括N个第一通道和M个第二通道，所述N个第一通道与所述N个第一光束一一对应，所述M个第二通道与所述M个第二光束一一对应；
所述AOM，用于将经过所述第二分束器的所述N个第一光束传输至所述N个第一EOD，并将经过所述第二分束器的所述M个第二光束传输至所述M个第二EOD。
18.如权利要求10至12、17中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制模块还包括第一开关和第二开关，所述第一开关与所述AOM的N个第一通道对应，所述第二开关与所述AOM的M个第二通道对应；
所述第一开关，用于根据所述控制模块的第七控制信号，控制所述第一开关的状态，所述第七控制信号是所述控制模块根据对所述N个离子的量子态操控的时序确定的；
所述第二开关，用于根据所述控制模块的第八控制信号，控制所述第二开关保持打开状态，所述第八控制信号是所述控制模块在确定离子阱用于量子态操控时确定的。
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