CN116435165A - 一种离子阱及量子计算装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开一种离子阱及量子计算装置，包括：粒子源、离子囚禁装置和一个以上挡板；其中，粒子源朝离子囚禁装置的离子囚禁区域喷射粒子束；挡板设置于粒子源和离子囚禁装置之间，包含一个以上限流孔，限流孔位于粒子源喷射粒子束的喷射路径上，用于通过预设发散角内的粒子束，以实现对喷射至离子囚禁区域的粒子束发散角和速度分布的筛选。本发明实施例在离子阱中设置挡板，通过挡板中的限流孔通过预设发散角内的粒子束，避免了离子装载过程中的电极污染。
Description
技术领域
本文涉及但不限于量子计算机技术，尤指一种离子阱及量子计算装置。
背景技术
离子阱系统可应用于量子计算、量子模拟和量子精密测量等操作。离子阱系统通常包含粒子源和离子囚禁装置；其中，粒子源用于喷射包含原子的；粒子束，原子在离子囚禁区域被电离、俘获和冷却（粒子源也可直接喷射离子）。粒子源有原子炉和激光烧蚀靶材两种类型；其中，基于原子炉的粒子源，将粒子置于可加热容器中，通过电流加热实现热激发，喷射原子；基于激光烧蚀靶材的粒子源，脉冲激光轰击激光烧蚀靶材的表面，可高效激发出少量原子。
相关技术中，粒子源喷射的粒子束具有较大发散角，大量热粒子会被喷射到离子阱囚禁电极上，影响离子阱电学性能；特别是芯片离子阱，热粒子喷射到芯片表面，会导致芯片污染甚至短路。参见图1，在刀片离子阱中，粒子源喷射的粒子束具有较大发散角，热粒子会附着在刀片电极表面，影响离子阱电学性能。参见图2，在芯片离子阱中，粒子源喷射的粒子束具有较大发散角，热粒子会附着在芯片表面，引起芯片污染甚至短路。
综上，离子阱系统中离子装载过程中的电极污染，是一个亟待解决的问题；此外，当粒子源和囚禁装置的数目不唯一，且对应关系有特定需求时，如何进行有效速度筛选，以保证从某个粒子源射出的粒子可以符合预设的指向对应的囚禁区域，也是有待解决的问题。
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离子阱及量子计算装置，能够避免离子装载过程中的电极污染。
本发明实施例提供了一种离子阱，包括：粒子源、离子囚禁装置和一个以上挡板；其中，
粒子源朝离子囚禁装置的离子囚禁区域喷射粒子束；
挡板设置于粒子源和离子囚禁装置之间，包含一个以上限流孔，限流孔位于粒子源喷射粒子束的喷射路径上，用于通过预设发散角内的粒子束，以实现对喷射至离子囚禁区域的粒子束发散角和速度分布的筛选。
在一种示例性实例中，所述挡板除所述限流孔外的物理结构，用于遮挡除通过的所述预设发散角内的粒子束以外的其他粒子束。
在一种示例性实例中，所述粒子源个数包括一个以上。
在一种示例性实例中，所述离子囚禁装置包括一个以上；
其中，每一个所述离子囚禁装置包含一个以上所述离子囚禁区域。
在一种示例性实例中，所述粒子源包括：原子炉。
在一种示例性实例中，所述粒子源包括：激光烧蚀靶材。
在一种示例性实例中，所述挡板的安装位置、挡板的尺寸、限流孔的位置和限流孔的尺寸、以及每个挡板中限流孔的数目、通过仿真算法确定。
在一种示例性实例中，所述仿真算法包括蒙特卡洛算法和分子动力学模拟。
另一方面，本发明实施例还提供一种量子计算装置，包括上述离子阱。
本申请技术方案包括：粒子源、离子囚禁装置和一个以上挡板；其中，粒子源朝离子囚禁装置的离子囚禁区域喷射粒子束；挡板设置于粒子源和离子囚禁装置之间，包含一个以上限流孔，限流孔位于粒子源喷射粒子束的喷射路径上，用于通过预设发散角内的粒子束，以实现对喷射至离子囚禁区域的粒子束发散角和速度分布的筛选。本发明实施例在离子阱中设置挡板，通过挡板中的限流孔通过预设发散角内的粒子束，避免了离子装载过程中的电极污染。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为相关技术中的刀片离子阱的示意图；
图2为相关技术中的芯片离子阱的示意图；
图3为本发明实施例离子阱的结构框图；
图4为本发明应用示例一离子阱的结构框图；
图5为本发明应用示例另一离子阱的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图3为本发明实施例离子阱的结构框图，如图3所示，包括：粒子源、离子囚禁装置和一个以上挡板；其中，
粒子源朝离子囚禁装置的离子囚禁区域喷射粒子束；
挡板设置于粒子源和离子囚禁装置之间，包含一个以上限流孔（图中示仅示意每个挡板包含一个限流孔），限流孔位于粒子源喷射粒子束的喷射路径上，用于通过预设发散角内的粒子束，以实现对喷射至离子囚禁区域的粒子束发散角和速度分布的筛选。
本发明实施例在离子阱中设置挡板，通过挡板中的限流孔通过预设发散角内的粒子束，避免了离子装载过程中的电极污染。
在一种示例性实例中，本发明实施例挡板除限流孔外的物理结构，用于遮挡除通过的预设发散角内的粒子束以外的其他粒子束。
本发明实施例当粒子源和囚禁装置的数目不唯一，且对应关系有特定需求时，通过限流孔实现了进行有效速度筛选，保证了从粒子源射出的粒子可以符合预设的指向对应的囚禁区域。
在一种示例性实例中，本发明实施例粒子源个数包括一个以上。
在一种示例性实例中，本发明实施例离子囚禁装置包括一个以上；
其中，每一个离子囚禁装置包含一个以上离子囚禁区域。
在一种示例性实例中，本发明实施例粒子源包括：原子炉。
在一种示例性实例中，本发明实施例粒子源包括：激光烧蚀靶材。
在一种示例性实例中，本发明实施例中挡板的材料也可以是其他种类的材料，可以由技术人员根据离子阱的应用场景分析确定。
本申请实施例中挡板采用真空兼容材料，真空兼容材料的挡板可以置于超真空环境，不会产生气体。
在一种示例性实例中，本发明实施例挡板的安装位置、挡板的尺寸、以及每个挡板中限流孔的数目、限流孔的位置和限流孔的尺寸通过仿真算法确定。
在一种示例性实例中，本发明实施例仿真算法包括蒙特卡洛算法和分子动力学模拟。
本发明实施例粒子源喷射粒子束后，可以确定粒子束的喷射速度和法向，喷射的粒子束符合预设分布，例如高斯分布，将粒子束的速度大小、方向和分布等信息，通过蒙特卡洛算法进行仿真运算，可以确定挡板的安装位置、挡板的尺寸、限流孔的位置和限流孔的尺寸。
在一种示例性实例中，本申请实施例中的离子阱包括：刀片离子阱和/或芯片离子阱。
本发明实施例还提供一种量子计算装置，包括上述的离子阱。
以下通过应用示例对本发明实施例进行简要说明，应用示例仅用于陈述本发明实施例，并不用于限定本申请的保护范围。
应用示例
本发明实施例提供一种离子阱，通过在粒子源和离子囚禁装置之间设置带有限流孔的挡板，可以实现对粒子束喷射角度和速度分布的筛选，避免热粒子束喷射到离子阱电极上，造成电极污染。
依旧参见图3，本发明实施例离子阱包括粒子源，离子囚禁装置和位于粒子源和离子囚禁装置之间的挡板，挡板上具有限流孔。离子囚禁装置从功能上划分，可包括离子俘获区域和量子操作区域等。粒子源喷射粒子束，粒子束喷射方向对准离子俘获区域；粒子束喷射时具有较大发散角，本发明实施例在粒子源与离子囚禁装置之间设置挡板，挡板上设置有限流孔，限流孔筛选预设发散角内的粒子束通过，而其余粒子束被挡板遮挡。限流孔的安装位置、尺寸决定了最终到达离子俘获区的粒子束的发散角和传播方向，本发明实施例挡板的安装位置、尺寸可利用计算机仿真等方式进行设计。本发明实施例挡板数量大于等于1，每个挡板上的限流孔数量大于等于1。
本发明实施例离子阱可以包括多个粒子源，离子囚禁区域可以包括多个离子俘获区，每个粒子源对应一个离子俘获区，即一个粒子源向一个离子俘获区喷射粒子束；相应地，每个粒子源和相应离子俘获区之间设置带有限流孔的挡板。
本发明实施例离子阱也可以多个粒子源朝同一个离子俘获区喷射离子。参见图4，以两个粒子源朝同一个离子俘获区喷射粒子束为例。本发明实施例离子阱包括粒子源1与粒子源2，挡板1和挡板2，挡板1上具有限流孔1和限流孔2，挡板2上具有限流孔3，限流孔1和限流孔3位于粒子源1的喷射路径，对粒子源1喷射出的粒子束进行发散角和速度分布的筛选。限流孔2和限流孔3位于粒子源2的喷射路径上，对粒子源2喷射出的粒子束进行发散角和速度分布的筛选。当然，本发明挡板数量和每个挡板上的限流孔数量不受限制，只需要实现对不同粒子源的喷射粒子束实现发散角和速度筛选即可。本发明实施例可以实现发散角中心线方向的选择，速度本身是矢量，矢量方向可以包含原子束的概率性中心方向。
本发明离子阱也可以同一个粒子源朝多个离子俘获区喷射离子。参见图5，以一个粒子源朝两个离子俘获区喷射粒子束为例进行说明。本发明离子阱包括一个粒子源；离子囚禁装置包括两个离子俘获区，记为离子俘获区1和离子俘获区2；包括挡板1和挡板2，挡板1上具有限流孔1，挡板2上具有限流孔2和限流孔3。限流孔1和限流孔2位于粒子源2朝离子俘获区1的喷射路径上，对进入离子俘获区1的粒子束进行发散角和速度分布的筛选；限流孔1和限流孔3位于粒子源2朝离子俘获区2的喷射路径上，对进入离子俘获区2的粒子束进行发散角和速度分布的筛选。本发明实施例挡板数量和每个挡板上的限流孔数量不受限制，只需要实现对粒子源朝不同的离子俘获区的喷射的粒子束实现发散角和速度筛选即可。
本发明实施例中的粒子源可以是原子炉。原子炉中填充带有所需离子元素的物质（可以包括单质、化合物、混合物等），对原子炉施加电流，可以通过电加热的方式，利用蒸发或者升华等方式喷射出粒子束。
本发明实施例中的粒子源可以是激光烧蚀靶材。激光烧蚀靶材由包括所需离子元素的物质组成（包括单质、化合物或者混合物等）。高功率的激光脉冲轰击靶材表面，可以高效、短时地产生粒子束。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质（或非暂时性介质）和通信介质（或暂时性介质）。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息（诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据）的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于 RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘（DVD）或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (9)
1.一种离子阱，包括：粒子源、离子囚禁装置和一个以上挡板；其中，
粒子源朝离子囚禁装置的离子囚禁区域喷射粒子束；
挡板设置于粒子源和离子囚禁装置之间，包含一个以上限流孔，限流孔位于粒子源喷射粒子束的喷射路径上，用于通过预设发散角内的粒子束，以实现对喷射至离子囚禁区域的粒子束发散角和速度分布的筛选。
2.根据权利要求1所述的离子阱，其特征在于，所述挡板除所述限流孔外的物理结构，用于遮挡除通过的所述预设发散角内的粒子束以外的其他粒子束。
3.根据权利要求1所述的离子阱，其特征在于，所述粒子源个数包括一个以上。
4.根据权利要求1所述的离子阱，其特征在于，所述离子囚禁装置包括一个以上；
其中，每一个所述离子囚禁装置包含一个以上所述离子囚禁区域。
5.根据权利要求1所述的离子阱，其特征在于，所述粒子源包括：原子炉。
6.根据权利要求1所述的离子阱，其特征在于，所述粒子源包括：激光烧蚀靶材。
7.根据权利要求1-6任一项所述的离子阱，其特征在于，所述挡板的安装位置、挡板的尺寸、以及每个挡板中限流孔的数目、限流孔的位置和限流孔的尺寸通过仿真算法确定。
8.根据权利要求7所述的离子阱，其特征在于，所述仿真算法包括蒙特卡洛算法和分子动力学模拟。
9.一种量子计算装置，包括：如权利要求1-8任一项所述的离子阱。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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