JP2023021954A - 広帯域共同電磁波誘起透明化（ｅｉｔ）冷却 - Google Patents

Abstract

【課題】極小物体閉じ込め装置の特定の領域に閉じ込められる極小物体は、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作を使用して冷却される。【解決手段】極小物体閉じ込め装置に関連するコントローラは、第１および第２の操作信号を特定の領域にそれぞれ提供するように第１および第２の操作源を制御する。第１の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけＳ－ｔｏ－Ｐ遷移から離調している。第２の操作信号は、第１の成分のＰ多様体とＤ多様体との間の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけＰ－ｔｏ－Ｄ遷移から離調している。第１および第２の離調は、Ｓ多様体とＤ多様体との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される。【選択図】図１

Description

様々な実施形態は、極小物体閉じ込め装置によって閉じ込められる極小物体のレーザー冷却に関する。たとえば、様々な実施形態は、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ遷移を使用した共同ＥＩＴ冷却に関する。たとえば、様々な実施形態は、極小物体クロック状態を使用した共同ＥＩＴ冷却に関する。

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年８月２日に出願された米国出願第６３／２２８，４８６号の優先権を主張し、その内容の全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

様々なシナリオにおいて、様々な操作をイオンに対して実行できるように（たとえば、実験、制御された量子進化など）、イオントラップにより捕捉されたイオンを冷却することが望ましい。しかしながら、従来のレーザー冷却技法は、複雑である傾向があり、および／または高出力のレーザービームを必要とする。これまでに行われた努力、創意工夫、および技術革新により、そのような従来のレーザー冷却システムの多くの欠点は、多くの例が本明細書において詳しく説明される本発明の実施形態に従って組み立てられる解決策を展開することによって解決されてきた。

例示的な実施形態は、極小物体の第１の成分のＰ多様体によって、極小物体の第１の成分のＳ多様体の１つまたは複数の状態と極小物体の第１の成分のＤ多様体の１つまたは複数の状態との間の二光子共鳴遷移に基づいて、ＥＩＴ冷却を実行するための量子コンピュータ、システム、装置など、および対応する方法を提供する。例示的な実施形態は、極小物体の第１の成分のクロック状態に基づいてＥＩＴ冷却を実行するための、量子コンピュータ、システム、装置など、および対応する方法を提供する。様々な実施形態において、極小物体は、原子結晶、原子団（中性の、および／またはイオン化された）、または分子団（中性の、および／またはイオン化された）であり、極小物体の成分（たとえば、第１の成分）は、少なくとも１つの原子、または極小物体の特定のタイプ（たとえば、元素タイプ、化学式など）の分子である。たとえば、例示的な実施形態では、極小物体は、第１の元素タイプの冷却イオンおよび第２の元素タイプの量子ビットイオンを備え、冷却イオンは本明細書では例示的な極小物体の第１の成分と呼ばれる。たとえば、例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分はＥＩＴ冷却を介して冷却され、極小物体の第２の成分は極小物体の第１の成分との相互作用を介した共同冷却を介して冷却される。例示的な実施形態では、第２の成分は量子コンピュータの量子ビットとして使用される。

一態様によれば、極小物体閉じ込め装置によって閉じ込められる極小物体を冷却するための方法が提供される。例示的な実施形態では、方法は、極小物体閉じ込め装置に関連するコントローラによって、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第１の操作信号を提供するように第１の操作源を制御するステップを備える。方法はさらに、コントローラによって、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第２の操作信号を提供するように第２の操作源を制御するステップを備える。冷却されるべき極小物体は、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に配置される。第１の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけＳ多様体とＰ多様体との間の遷移から離調している。第２の操作信号は、極小物体の第１の成分のＰ多様体とＤ多様体との間の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけＰ多様体とＤ多様体との間の遷移から離調している。第１および第２の離調は、Ｓ多様体とＤ多様体との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される。

例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備えるイオン結晶であり、極小物体の第１の成分は第１の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つである。

例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は、結晶のための共同冷却方式において冷却イオンとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、極小物体の第２の成分は、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、第２の極小物体タイプは第１の極小物体タイプと異なり、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つは、極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータの量子ビットとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、第１の離調および第２の離調は実質的に等しい。例示的な実施形態では、第１の操作信号はπ偏光レーザービームであり、第２の操作信号はσ偏光レーザービームである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号の偏光および第２の操作信号の偏光は、暗状態に関連する二光子遷移に対応する。

例示的な実施形態では、方法はさらに、極小物体閉じ込め装置の特定の領域においてある磁場方向を有する磁場の生成を引き起こすステップを備え、極小物体閉じ込め装置の極小物体または特定の領域の１つが極小物体軸を定義し、磁場方向が極小物体軸に対して斜めである。

例示的な実施形態では、磁場方向および極小物体軸は、３０度から６０度の範囲の角度を形成する。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は、極小物体軸に対して斜めである第１の伝播方向を定義し、第２の操作信号は、極小物体軸に対して斜めである第２の伝播方向を定義する。

例示的な実施形態では、第１の伝播方向および第２の伝播方向は実質的に互いに反平行であり、磁場方向は第１の伝播方向と第２の伝播方向の両方に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の伝播方向と第２の伝播方向の両方が実質的に磁場方向に垂直である。

例示的な実施形態では、（ａ）第１の操作信号の偏光は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に斜めであり、（ｂ）第２の操作信号の偏光は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に斜めであり、（ｃ）第１の伝播方向、第２の伝播方向、および磁場方向はそれぞれ、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に実質的に平行である。

別の態様によれば、極小物体閉じ込め装置によって閉じ込められる極小物体の冷却を引き起こし、および／または制御するように構成される装置が提供される。例示的な実施形態では、装置は、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータ実行可能命令を記憶するメモリを備える。コンピュータ実行可能命令は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、装置に、少なくとも、極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第１の操作信号を提供するように第１の操作源を制御させ、極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第２の操作信号を提供するように第２の操作源を制御させるように構成される。冷却されるべき極小物体は、極小物体閉じ込め装置の特定の領域内に配置される。第１の操作信号および第２の操作信号は、極小物体をまとめて冷却するように構成される。第１の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけＳ多様体とＰ多様体との間の遷移から離調している。第２の操作信号は、極小物体の第１の成分のＰ多様体とＤ多様体との間の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけＰ多様体とＤ多様体との間の遷移から離調している。第１および第２の離調は、Ｓ多様体とＤ多様体との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される。

例示的な実施形態では、装置は、極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータのコントローラである。

例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備えるイオン結晶であり、極小物体の第１の成分は第１の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つである。

例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は、結晶のための共同冷却方式において冷却イオンとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、極小物体の第２の成分は、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、第２の極小物体タイプは第１の極小物体タイプと異なり、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つは、極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータの量子ビットとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、第１の離調および第２の離調は実質的に等しい。例示的な実施形態では、第１の操作信号はπ偏光レーザービームであり、第２の操作信号はσ偏光レーザービームである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号の偏光および第２の操作信号の偏光は、暗状態に関連する二光子遷移に対応する。

例示的な実施形態では、コンピュータ実行可能命令はさらに、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、装置に、少なくとも、極小物体閉じ込め装置の特定の領域においてある磁場方向を有する磁場の生成を引き起こさせるように構成され、極小物体閉じ込め装置の極小物体または特定の領域の１つが極小物体軸を定義し、磁場方向が極小物体軸に対して斜めである。

例示的な実施形態では、磁場方向および極小物体軸は、３０度から６０度の範囲の角度を形成する。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は、極小物体軸に対して斜めである第１の伝播方向を定義し、第２の操作信号は、極小物体軸に対して斜めである第２の伝播方向を定義する。

例示的な実施形態では、第１の伝播方向および第２の伝播方向は互いに実質的に反平行であり、磁場方向は第１の伝播方向と第２の伝播方向の両方に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の伝播方向と第２の伝播方向の両方が磁場方向に対して実質的に垂直である。

例示的な実施形態では、（ａ）第１の操作信号の偏光は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に斜めであり、（ｂ）第２の操作信号の偏光は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に斜めであり、（ｃ）第１の伝播方向、第２の伝播方向、および磁場方向はそれぞれ、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に平行である。

さらに別の態様によれば、システムが提供される。例示的な実施形態では、システムは、極小物体閉じ込め装置であって、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に極小物体を閉じ込めるように構成される、極小物体閉じ込め装置と、システムのコントローラによって制御可能であり、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第１の操作信号を提供するように構成される、第１の操作源と、システムのコントローラによって制御可能であり、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第２の操作信号を提供するように構成される、第２の操作源と、コントローラとを備える。コントローラは、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータ実行可能命令を記憶するメモリとを備え、コンピュータ実行可能命令は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、コントローラに、少なくとも、極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第１の操作信号を提供するように第１の操作源を制御させ、極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第２の操作信号を提供するように第２の操作源を制御させるように構成される。第１の操作信号および第２の操作信号は、極小物体をまとめて冷却するように構成される。第１の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけＳ多様体とＰ多様体との間の遷移から離調している。第２の操作信号は、極小物体の第１の成分のＰ多様体とＤ多様体との間の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけＰ多様体とＤ多様体との間の遷移から離調している。第１および第２の離調は、Ｓ多様体とＤ多様体との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される。

例示的な実施形態では、システムは、量子電荷結合デバイス（ＱＣＣＤ）ベースの量子コンピュータである。

例示的な実施形態では、装置は、極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータのコントローラである。

例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備えるイオン結晶であり、極小物体の第１の成分は第１の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つである。

例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は、結晶のための共同冷却方式において冷却イオンとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、極小物体の第２の成分は、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、第２の極小物体タイプは第１の極小物体タイプと異なり、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つは、極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータの量子ビットとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、第１の離調および第２の離調は実質的に等しい。

例示的な実施形態では、第１の操作信号はπ偏光レーザービームであり、第２の操作信号はσ偏光レーザービームである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号の偏光および第２の操作信号の偏光は、暗状態に関連する二光子遷移に対応する。

例示的な実施形態では、コンピュータ実行可能命令はさらに、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、コントローラに、少なくとも、極小物体閉じ込め装置の特定の領域においてある磁場方向を有する磁場の生成を引き起こさせるように構成され、極小物体閉じ込め装置の極小物体または特定の領域の１つが極小物体軸を定義し、磁場方向が極小物体軸に対して斜めである。

例示的な実施形態では、磁場方向および極小物体軸は、３０度から６０度の範囲の角度を形成する。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は、極小物体軸に対して斜めである第１の伝播方向を定義し、第２の操作信号は、極小物体軸に対して斜めである第２の伝播方向を定義する。

例示的な実施形態では、第１の伝播方向および第２の伝播方向は互いに実質的に反平行であり、磁場方向は第１の伝播方向と第２の伝播方向の両方に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の伝播方向と第２の伝播方向の両方が、磁場方向に実質的に垂直である。

例示的な実施形態では、（ａ）第１の操作信号の偏光は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に斜めであり、（ｂ）第２の操作信号の偏光は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に斜めであり、（ｃ）第１の伝播方向、第２の伝播方向、および磁場方向はそれぞれ、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に平行である。

一態様によれば、極小物体閉じ込め装置によって閉じ込められる極小物体を冷却するための方法が提供される。例示的な実施形態では、方法は、極小物体閉じ込め装置に関連するコントローラによって、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第１の操作信号を提供するように第１の操作源を制御するステップを備える。方法はさらに、コントローラによって、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第２の操作信号を提供するように第２の操作源を制御するステップを備える。冷却されるべき極小物体は、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に配置される。第１の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体の第１のクロック状態とＰ多様体との間の第１の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけ第１の遷移から離調している。第２の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体の第２のクロック状態とＰ多様体との間の第２の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけ第２の遷移から離調している。第１および第２の離調は、第１のクロック状態と第２のクロック状態との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される。

例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備えるイオン結晶であり、極小物体の第１の成分は第１の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つである。

例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は、イオン結晶のための共同冷却方式において冷却イオンとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、極小物体の第２の成分は、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、第２の極小物体タイプは第１の極小物体タイプと異なり、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つは、極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータの量子ビットとして使用するために構成される。

例示的な実施形態は、第１の極小物体タイプは一価イオン化されたイッテルビウムである。

例示的な実施形態では、第１の離調および第２の離調は実質的に等しい。

例示的な実施形態では、方法はさらに、極小物体閉じ込め装置の特定の領域においてある磁場方向を有する磁場の生成を引き起こし、または制御するステップを備え、磁場方向は第１の操作信号の伝播方向に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に実質的に平行な直線偏光である第１の偏光によって特徴付けられ、第２の操作信号は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に実質的に垂直な直線偏光である第２の偏光によって特徴付けられる。

例示的な実施形態では、方法はさらに、極小物体閉じ込め装置の特定の領域においてある磁場方向を有する磁場の生成を引き起こすステップを備え、磁場方向は第１の偏光に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は第１の偏光によって特徴付けられ、第２の操作信号は第２の偏光によって特徴付けられ、第１の偏光は第２の偏光に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１のクロック状態はＦ＝１、ｍ＝０状態であり、第２のクロック状態はＦ＝０、ｍ＝０状態である。

別の態様によれば、極小物体閉じ込め装置によって閉じ込められる極小物体の冷却を引き起こし、および／または制御するように構成される装置が提供される。例示的な実施形態では、装置は、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータ実行可能命令を記憶するメモリとを備える。コンピュータ実行可能命令は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、装置に、少なくとも、極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第１の操作信号を提供するように第１の操作源を制御させ、極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第２の操作信号を提供するように第２の操作源を制御させるように構成される。冷却されるべき極小物体は、極小物体閉じ込め装置の特定の領域内に配置される。第１の操作信号および第２の操作信号は、極小物体をまとめて冷却するように構成される。第１の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体の第１のクロック状態とＰ多様体との間の第１の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけ第１の遷移から離調している。第２の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体の第２のクロック状態とＰ多様体との間の第２の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけ第２の遷移から離調している。第１および第２の離調は、第１のクロック状態と第２のクロック状態との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される。

例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備えるイオン結晶であり、極小物体の第１の成分は第１の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つである。

例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は、イオン結晶のための共同冷却方式において冷却イオンとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、極小物体の第２の成分は、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、第２の極小物体タイプは第１の極小物体タイプと異なり、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つは、極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータの量子ビットとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、第１の極小物体タイプは一価イオン化されたイッテルビウムである。

例示的な実施形態では、第１の離調および第２の離調は実質的に等しい。

例示的な実施形態では、ある磁場方向を有する磁場が極小物体閉じ込め装置の特定の領域に存在し、その磁場方向は第１の操作信号の伝播方向に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に実質的に平行な直線偏光である第１の偏光によって特徴付けられ、第２の操作信号は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に実質的に垂直な直線偏光である第２の偏光によって特徴付けられる。

例示的な実施形態では、ある磁場方向を有する磁場が極小物体閉じ込め装置の特定の領域に存在し、その磁場方向は第１の偏光に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は第１の偏光によって特徴付けられ、第２の操作信号は第２の偏光によって特徴付けられ、第１の偏光は第２の偏光に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１のクロック状態はＦ＝１、ｍ＝０状態であり、第２のクロック状態はＦ＝０、ｍ＝０状態である。

例示的な実施形態では、装置は量子電荷結合デバイス（ＱＣＣＤ）ベースの量子コンピュータのコントローラである。

さらに別の態様によれば、システムが提供される。例示的な実施形態では、システムは、極小物体閉じ込め装置であって、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に極小物体を閉じ込めるように構成される、極小物体閉じ込め装置と、システムのコントローラによって制御可能であり、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第１の操作信号を提供するように構成される、第１の操作源と、システムのコントローラによって制御可能であり、極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第２の操作信号を提供するように構成される、第２の操作源と、少なくとも１つのプロセッサおよびコンピュータ実行可能命令を記憶するメモリを備えるコントローラとを備える。コンピュータ実行可能命令は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、コントローラに、少なくとも、極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第１の操作信号を提供するように第１の操作源を制御させ、極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第２の操作信号を提供するように第２の操作源を制御させるように構成される。第１の操作信号および第２の操作信号は、極小物体をまとめて冷却するように構成される。第１の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体の第１のクロック状態とＰ多様体との間の第１の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけ第１の遷移から離調している。第２の操作信号は、極小物体の第１の成分のＳ多様体の第２のクロック状態とＰ多様体との間の第２の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけ第２の遷移から離調している。第１および第２の離調は、第１のクロック状態と第２のクロック状態との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される。

例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備えるイオン結晶であり、極小物体の第１の成分は第１の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つである。

例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は、イオン結晶のための共同冷却方式において冷却イオンとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、極小物体の第２の成分は第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、第２の極小物体タイプは第１の極小物体タイプと異なり、第２の極小物体タイプの２つ以上のイオンの少なくとも１つは、極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータの量子ビットとして使用するために構成される。

例示的な実施形態では、第１の極小物体タイプは一価イオン化されたイッテルビウムである。

例示的な実施形態では、第１の離調および第２の離調は実質的に等しい。

例示的な実施形態では、ある磁場方向を有する磁場が極小物体閉じ込め装置の特定の領域に存在し、その磁場方向は第１の操作信号の伝播方向に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に実質的に平行な直線偏光である第１の偏光によって特徴付けられ、第２の操作信号は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に実質的に垂直な直線偏光である第２の偏光によって特徴付けられる。

例示的な実施形態では、ある磁場方向を有する磁場が極小物体閉じ込め装置の特定の領域に存在し、その磁場方向は第１の偏光に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１の操作信号は第１の偏光によって特徴付けられ、第２の操作信号は第２の偏光によって特徴付けられ、第１の偏光は第２の偏光に対して斜めである。

例示的な実施形態では、第１のクロック状態はＦ＝１、ｍ＝０状態であり、第２のクロック状態はＦ＝０、ｍ＝０状態である。

例示的な実施形態では、システムは、量子電荷結合デバイス（ＱＣＣＤ）ベースの量子コンピュータである。

本発明を大まかに説明してきたが、ここで必ずしも縮尺通りに描かれていない添付の図面への参照が行われる。

例示的な実施形態による、例示的な極小物体量子コンピュータのブロック図である。 例示的な実施形態による、冷却動作の実行を示す極小物体の第１の成分のレベルダイアグラムである。 別の例示的な実施形態による、冷却動作の実行を示す極小物体の第１の成分のレベルダイアグラムである。 例示的な実施形態による、図２Ａに示されるレベルダイアグラムに対応する冷却動作の実行を示す概略図である。 例示的な実施形態による、図２Ｂに示されるレベルダイアグラムに対応する別の冷却動作の実行を示す概略図である。 別の例示的な実施形態による、冷却動作の実行を示す極小物体の第１の成分のレベルダイアグラムである。 例示的な実施形態による、図４に示されるレベルダイアグラムに対応する冷却動作の実行を示す概略図である。 例示的な実施形態による、冷却動作の様々な処理および／または手順を示すフローチャートである。 例示的な実施形態による、その中に極小物体を閉じ込めるために構成される極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータの例示的なコントローラの概略図である。 例示的な実施形態に従って使用され得る量子コンピュータシステムの例示的なコンピューティングエンティティの概略図である。

ここで、本発明は、添付の図面を参照して以下でより完全に説明され、それらの図面において、本発明のすべてではないが一部の実施形態が示される。実際には、本発明は多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、該当する法的要件を本開示が満たすように与えられる。「または」（「／」とも表記される）という用語は、別様に示されない限り、選言的な意味と接続的な意味の両方で本明細書において使用される。「説明のための」および「例示的な」という用語は、品質水準を示さない例となるように使用される。「一般に」および「概ね」という用語は、別様に示されない限り、該当する工学上のおよび／もしくは製造上の公差、ならびに／またはユーザ測定能力の範囲内にあることを指す。全体で、同様の番号は同様の要素を指す。

様々なシナリオにおいて、極小物体は、極小物体閉じ込め装置に閉じ込められる。様々な実施形態において、極小物体閉じ込め装置は、表面イオントラップ、ポールイオントラップなどの、イオントラップである。様々な実施形態において、極小物体は、イオン、原子、イオン結晶、原子結晶などである。例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備え、このとき、極小物体の第１の成分は第１の原子タイプ（たとえば、第１の化学元素、第１の原子番号のイオンなど）の１つまたは複数のイオンである。例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備え、このとき、極小物体の第２の成分は第２の原子タイプ（たとえば、第２の化学元素、第２の原子番号のイオンなど）の１つまたは複数のイオンである。例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分（第１の原子タイプのイオン）は、極小物体のための共同冷却方式において使用するための１つまたは複数の冷却イオンである。例示的な実施形態では、極小物体の第２の成分（たとえば、第２の極小物体タイプのイオン）は、量子コンピュータの量子ビットとして使用するための１つまたは複数の量子ビットイオンである。

様々な実施形態において、極小物体閉じ込め装置に閉じ込められる極小物体は、実験、制御された量子状態進化、量子計算などを実行するために使用される。様々な実施形態において、極小物体閉じ込め装置に閉じ込められる極小物体が実験、制御された量子状態進化、量子計算などを実行するために使用されるようにするために、極小物体は、低温でなければならず、かつ／または、極小物体および／もしくはその成分の振動基底状態近くに冷却されなければならない。様々な実施形態において、極小物体および／またはその成分の運動エネルギーを減らすために、レーザー冷却が使用される。たとえば、例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は量子ビットイオンを共同冷却するために使用される冷却イオンであり、極小物体の第２の成分は量子コンピュータの量子ビットとして使用される量子ビットイオンである。

従来のタイプのレーザー冷却には、ドップラー冷却および分解サイドバンド冷却がある。ドップラー冷却は、極小物体の永年周波数と比較して広い光学遷移を介して極小物体を冷却することを含む。極小物体の永年周波数は、たとえば、高周波電圧信号をポール表面イオントラップの高周波電極および／またはレールに印加することによって生成されるものなどの、極小物体閉じ込め装置の閉じ込めポテンシャルおよび／または疑似ポテンシャルに応答して極小物体が振動する周波数である。ドップラー冷却は比較的実行が簡単であるが、一般に、極小物体および／またはその成分を十分に低い温度へ冷却するために使用することはできない。分解サイドバンド冷却は、極小物体の永年周波数と比較して狭い光学遷移を介して極小物体を冷却することを指す。しかしながら、分解サイドバンド冷却は技術的に高度であり、十分な冷却を実行するために比較的高出力のレーザービームを必要とする。

ＥＩＴ冷却は別の形態のレーザー冷却である。ＥＩＴ冷却は、２つのレーザー場および磁場を極小物体に印加することを含む。レーザー場は、極小物体の第１の成分のそれぞれの遷移から離調している。青方離調した振動サイドバンドと比較してより強い光子吸収が赤方離調した振動サイドバンド上で発生するとき、冷却が発生する。

２つの例示的なＥＩＴ冷却動作が本明細書において説明される。第１の動作は、第１の成分が一価イオン化されたバリウム（１３８Ｂａ）原子または同様のエネルギー構造（たとえば、同様の微細構造および／または超微細構造、たとえば一価イオン化された８８Ｓｒなど）を有する別の極小物体成分である極小物体とともにたとえば使用され得る、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作である。たとえば、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、低位Ｄ多様体を第１の成分が有するような極小物体とともに使用され得る。本明細書において使用される場合、低位Ｄ多様体は、角運動量量子数ｌ＝１を有する状態のＰ多様体よりそれぞれ低いエネルギーを有する、軌道角運動量量子数ｌ＝２を有する状態の多様体である。

本明細書において説明される第２の例示的なＥＩＴ冷却動作は、クロック状態ＥＩＴ冷却動作である。たとえば、クロック状態ＥＩＴ冷却動作は、第１の成分が一価イオン化されたイッテルビウム（たとえば、１７１Ｙｂ）原子または同様のエネルギー構造（たとえば、同様の微細構造および／または超微細構造）を有する別の極小物体成分であるような極小物体とともに使用するために構成される。たとえば、クロック状態ＥＩＴ冷却動作は、第１の成分が電子スピン１／２および核スピン１／２を有する極小物体とともに実行され得る。たとえば、極小物体の第１の成分のエネルギー構造は、一対の「クロック」状態を形成する２つの状態を含む低エネルギー多様体を備え、それらを決定づける特徴は、２つの状態の間のエネルギー差が磁場の変動の影響を受けないということである。たとえば、一価イオン化された１７１ＹｂにおけるＳ_１／２、Ｆ＝０、Ｍ＝０という状態およびＳ_１／２、Ｆ＝１、Ｍ＝０という状態は、そのような一対のクロック状態の例である。その一対のクロック状態は、便利なレーザー結合を実現するのに十分大きい線幅とともに、１７１ＹｂにおけるＰ多様体などの一般的なより高エネルギーの多様体への遷移を可能にする。図４に関して説明される示される例では、クロック状態はσ＋／－遷移を介してＰ多様体に結合する。同様のエネルギー構造を持つ極小物体の別の例示的な第１の成分は、一価イオン化された１３３Ｂａである。

例示的な量子コンピュータシステム
極小物体閉じ込め装置によって閉じ込められる極小物体のレーザー冷却は、多様な状況で、および／または多様な用途のために実行され得る。１つの例示的な状況は、量子電荷結合デバイス（ＱＣＣＤ）ベースの量子コンピューティングである。図１は、例示的な量子コンピュータシステム１００のブロック図を提供する。様々な実施形態において、量子コンピュータシステム１００は計算エンティティ１０および量子コンピュータ１１０を備える。

様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、コントローラ３０、極小物体閉じ込め装置５０によって閉じ込められる極小物体を有する極小物体閉じ込め装置５０を囲む低温および／または真空チャンバー４０、ならびに１つまたは複数の操作源６４（たとえば、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ）を備える。例示的な実施形態では、１つまたは複数の操作源６４は、１つまたは複数のレーザー（たとえば、光レーザー、マイクロ波源および／またはメーザーなど）または別の操作源を備えてもよい。様々な実施形態において、１つまたは複数の操作源６４は、装置５０内の１つまたは複数の極小物体の制御された量子状態進化を操作し、および／またはそれを引き起こすように構成される。たとえば、第１の操作源６４Ａは、第１の操作信号を生成および／または提供するように構成され、第２の操作源６４Ｂは、第２の操作信号を生成および／または提供するように構成され、第１および第２の操作信号は、極小物体閉じ込め装置によって閉じ込められる極小物体をまとめてレーザー冷却するように構成される。

様々な実施形態において、極小物体閉じ込め装置５０は、表面イオントラップ、ポールイオントラップなどの、イオントラップである。様々な実施形態において、極小物体は、イオン、原子、イオン結晶、原子結晶などである。例示的な実施形態において、極小物体は２つ以上のイオンを備え、このとき、極小物体の第１の成分は第１の原子タイプ（たとえば、第１の化学元素、第１の原子番号のイオンなど）の１つまたは複数のイオンである。例示的な実施形態では、極小物体は２つ以上のイオンを備え、このとき、極小物体の第２の成分は第２の原子タイプ（たとえば、第２の化学元素、第２の原子番号のイオンなど）の１つまたは複数のイオンである。例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分（第１の原子タイプのイオン）は、極小物体のための共同冷却方式において使用するための１つまたは複数の冷却イオンである。例示的な実施形態では、極小物体の第２の成分（たとえば、第２の極小物体タイプのイオン）は、量子コンピュータの量子ビットとして使用するための１つまたは複数の量子ビットイオンである。たとえば、例示的な実施形態では、極小物体は、冷却イオンとして使用される一価イオン化されたＢａ原子および量子ビットイオンとして使用される一価イオン化されたＹｂイオンを備えるイオン結晶である。別の例示的な実施形態では、極小物体は、冷却イオンとして使用される一価イオン化されたＹｂ原子および量子ビットイオンとして使用される一価イオン化されたＢａイオンを備えるイオン結晶である。

例示的な実施形態では、１つまたは複数の操作源６４は各々、対応するビーム経路６６（たとえば、６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ）を介して、極小物体閉じ込め装置５０の１つまたは複数の領域に操作信号（たとえば、レーザービームなど）を提供する。様々な実施形態において、少なくとも１つのビーム経路６６は、ビーム経路６６を介して装置５０に提供されている操作信号を変調するように構成される変調器を備える。様々な実施形態において、操作源６４、変調器、および／または量子コンピュータ１１０の他の構成要素が、コントローラ３０によって制御される。

様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、１つまたは複数の磁場生成器７０（たとえば、７０Ａ、７０Ｂ）を備える。たとえば、磁場生成器は、低温および／もしくは真空チャンバー４０内に配設される内部磁場生成器７０Ａ、ならびに／または、低温および／もしくは真空チャンバー４０の外側に配設される外部磁場生成器７０Ｂであってもよい。様々な実施形態において、磁場生成器７０は、永久磁石、ヘルムホルツコイル、電磁石などである。様々な実施形態において、磁場生成器７０は、極小物体閉じ込め装置５０の１つまたは複数の領域において特定の大きさおよび特定の磁場方向を有する、極小物体閉じ込め装置５０の１つまたは複数の領域において磁場を生成するように構成される。

様々な実施形態において、コントローラ３０は、極小物体閉じ込め装置５０および／もしくは極小物体閉じ込め装置５０内での極小物体の輸送を制御する電圧源、電流信号源、および／もしくはドライバ、低温および／もしくは真空チャンバー４０内の温度と圧力を制御する低温システムおよび／もしくは真空システム、操作源６４、磁場生成器７０、ならびに／または、低温および／もしくは真空チャンバー４０内の環境条件（たとえば、温度、湿度、圧力など）を制御する他のシステムを制御するように構成され、かつ／または、極小物体閉じ込め装置５０内の１つまたは複数の極小物体の量子状態の制御された進化を操作し、および／もしくは引き起こすように構成される。

様々な実施形態において、計算エンティティ１０は、ユーザが、量子コンピュータ１１０への入力を（たとえば、計算エンティティ１０のユーザインターフェースを介して）与え、量子コンピュータ１１０からの出力を受信し、見るなどすることを可能にするように構成される。計算エンティティ１０は、１つまたは複数の有線もしくはワイヤレスネットワーク２０を介して、ならびに／または、直接の有線および／もしくはワイヤレス通信を介して、量子コンピュータ１１０のコントローラ３０と通信していてもよい。例示的な実施形態において、計算エンティティ１０は、情報／データ、量子計算アルゴリズム、量子回路などを、コントローラ３０が理解および／または実施できるコンピュータ言語、実行可能命令、コマンドセットなどへと変換し、構成し、フォーマットするなどしてもよい。

例示的なＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作
様々な実施形態は、極小物体の第１の成分のＰ多様体による、極小物体の第１の成分のＳ多様体の１つまたは複数の状態と極小物体の第１の成分のＤ多様体の１つまたは複数の状態との間の二光子共鳴遷移に基づいて、ＥＩＴ冷却を実行するための量子コンピュータ、システム、装置など、および対応する方法を提供する。

従来は、Ｂａ^＋様のエネルギー構造（たとえば、一価イオン化されたＢａ原子と同様の微細および／または超微細エネルギー構造）を有するイオンのＥＩＴ冷却は、両方の結合のために単一のレーザーを使用して、基底多様体（たとえば、角運動量量子数ｌ＝０に対応するＳ多様体）における第１（ゼーマン）状態を励起多様体における励起状態に結合することと、励起多様体における励起状態を基底多様体（たとえば、Ｓ多様体）における第２の（ゼーマン）状態に結合することとを含む。言い換えると、従来のＥＩＴ冷却は、二光子遷移を使用して同じ多様体内で２つの状態を結合する。

しかしながら、低位Ｄ多様体を有する極小物体または極小物体の第１の成分について、極小物体または極小物体の第１の成分は、Ｄ多様体に「はまる」ことがある。本明細書において使用される場合、低位Ｄ多様体は、軌道角運動量量子数ｌ＝１である状態のＰ多様体よりそれぞれ低いエネルギーを有する軌道角運動量量子数ｌ＝２である状態の多様体である。したがって、従来のＥＩＴ冷却は、低位Ｄ多様体を有する第１の成分を有する極小物体を効果的に冷却するために、追加の要素とステップを必要とする。したがって、極小物体をほぼそれらの振動基底状態へとどのように効率的に、効果的に、かつ安定して冷却するかという、技術的な問題が存在する。

様々な実施形態は、これらの技術的な問題に対する技術的な解決策を提供する。様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作は、Ｓ多様体の１つまたは複数の状態をＰ多様体の１つまたは複数の状態に結合する第１の操作信号、およびＰ多様体の１つまたは複数の状態をＤ多様体の１つまたは複数の状態に結合する第２の操作信号を使用して実行される。様々な実施形態において、第１の操作信号と第２の操作信号の両方が、Ｓ多様体とＤ多様体との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するために、Ｐ多様体の１つまたは複数の状態の上に離調される。Ｓ多様体をＰ多様体に結合し、Ｐ多様体をＤ多様体に結合することによって、極小物体のほぼ振動基底状態（たとえば、ドップラー冷却限界を大きく下回る温度）への効率的な冷却を、分解サイドバンド冷却より低いレーザー出力要件および従来のＥＩＴ冷却より技術的に複雑ではない方式で、達成することができる。その上、様々な実施形態において、第１および第２の操作信号を生成ならびに／または提供するために使用される第１および第２の操作源は、ドップラー冷却も実行するために使用され得る。したがって、様々な実施形態は、追加のレーザーまたは他の操作源を必要とすることなく、ドップラー冷却とＥＩＴ冷却の両方の使用を可能にする。したがって、様々な実施形態は、低位Ｄ多様体を有する第１の成分を備える極小物体の従来のレーザー冷却を上回る技術的な改善を提供する。

加えて、様々な実施形態の離調は、従来のＥＩＴ冷却動作の従来の離調未満であり、これは極小物体の複数のモードの同時冷却を可能にする。たとえば、様々な実施形態において、第１および第２の離調を（様々な実施形態において、第１および第２の離調を互いに実質的に等しく維持しながら）第１および第２の操作信号の強度とともに調整することによって、異なる周波数（たとえば、約１ＭＨｚと約３ＭＨｚの間で変動する）を有する極小物体の広範囲の結晶モードが同時に冷却されることを可能にする、パラメータの最適セットが極小物体のために決定され得る。たとえば、様々な実施形態は、異なるモード周波数（たとえば、１～３ＭＨｚにわたる周波数）を有する極小物体の複数のモードの広帯域冷却を同時に可能にするという追加の利点をもたらす。

図２Ａは、様々な実施形態による、例示的なＥＩＴ冷却動作を示す極小物体（たとえば、冷却イオン）の例示的な第１の成分の部分的なレベルダイアグラムを提供する。この部分的なレベルダイアグラムは、Ｓ多様体２１０を示す。様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作は、Ｓ多様体２１０の１つまたは複数の状態（たとえば、Ｓ多様体の１つまたは２つの状態）を利用する。部分的なレベルダイアグラムは、Ｐ多様体２２０も示す。様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作は、Ｐ多様体２２０の１つまたは複数の状態（たとえば、Ｐ多様体の１つまたは２つの状態）を利用する。部分的なレベルダイアグラムはさらに、低位Ｄ多様体２３０を示す。様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作は、Ｄ多様体２３０の１つまたは複数の状態（たとえば、Ｄ多様体の１つ、２つ、３つ、または４つの状態）を利用する。

図２Ｂは、様々な実施形態による、別の例示的なＥＩＴ冷却動作を示す極小物体（たとえば、冷却イオン）の例示的な第１の成分の部分的なレベルダイアグラムを提供する。図２Ｂに示される部分的なレベルダイアグラムは、図２Ａに示されるのと同じＳ多様体２１０、Ｐ多様体２２０、および低位Ｄ多様体２３０を含み、それは、そのダイアグラムが、たとえば同じ冷却イオンのエネルギーレベルに対応するからである。しかしながら、Ｓ多様体２１０をＰ多様体２２０に結合するために使用される第１の操作信号２１５’の偏光は、図２Ａに示されるようなπ偏光ではなく、図２Ｂではσ偏光である。

様々な実施形態のＥＩＴ冷却動作の実行は、極小物体に第１の操作信号２１５、２１５’および第２の操作信号２２５、２２５’を印加することを備える。例示的な実施形態では、図２Ａに示されるように、第１の操作信号２１５は、第１の波長λ_１によって特徴付けられ、π偏光している。別の例示的な実施形態では、図２Ｂに示されるように、第１の操作信号２１５’は、第１の波長λ_１によって特徴付けられ、σ偏光している。第１の波長λ_１は、Ｓ多様体２１０とＰ多様体２２０との間の遷移に対応する。様々な実施形態において、第１の波長λ_１はＳ多様体２１０とＰ多様体２２０との間の遷移の共鳴周波数に対応し、Ｐ多様体２２０は第１の離調Δ_ＳＰだけそれから離調している。

例示的な実施形態では、第２の操作信号２２５、２２５’は、第２の波長λ_２によって特徴付けられ、σ偏光している。たとえば、第２の操作信号２２５は、磁場に垂直な方向に直線偏光している（σ^＋／－偏光）。第２の波長λ_２は、Ｐ多様体２２０とＤ多様体２３０との間の遷移に対応する。様々な実施形態において、第２の波長λ_２は、Ｐ多様体２２０とＤ多様体２３０との間の遷移の共鳴周波数に対応し、第２の離調Δ_ＰＤだけそれから離調している。

様々な実施形態において、第１および第２の離調は、Ｓ多様体、Ｄ多様体、およびＰ多様体から各々１つの３つのレベルの特定のセットに関して測定されると、実質的に互いに等価である（たとえば、Δ_ＳＰ≒Δ_ＰＤ）。例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は一価イオン化されたＢａであり、第１の波長λ_１≒４９３ｎｍであり、第２の波長λ_２≒６５０ｎｍであり、第１および第２の離調Δ_ＳＰ≒２０ＭＨｚ≒Δ_ＰＤである。様々な実施形態において、第１の操作信号２１５、２１５’の周波数および第２の操作信号２２５、２２５’の周波数は、公差Δω／（２π）≦１００ｋＨｚ内で互いに関して安定化される。理解されるべきであるように、極小物体の第１の成分のエネルギー構造および選択された暗状態に基づいて、様々な他の偏光方式、波長、および離調が、様々な他の実施形態において使用される。

本明細書において使用される場合、暗状態という用語は、適切な二光子遷移によって形成される２つの状態のコヒーレントな重ね合わせを指す。図２Ａおよび図２Ｂに示される実施形態では、それぞれの暗状態は、第１の操作信号２１５、２１５’および第２の操作信号２２５、２２５’を介して結合される、Ｓ多様体における状態とＤ多様体における状態の重ね合わせによって形成される。

理解されるべきであるように、本明細書において使用される場合、第１の多様体と第２の多様体（たとえば、Ｓ多様体とＰ多様体、Ｐ多様体とＤ多様体）との間の遷移は、第１の多様体の状態と第２の多様体の状態との間の遷移を示す。本明細書において使用される場合、状態の多様体は、同じ総角運動量を持つ状態のグループを指し、各多様体は、印加される磁場によるゼーマン分裂によってエネルギーが異なる複数の状態を備える。状態の総角運動量は、状態のスピン角運動量と軌道角運動量の合計（これは、核の角運動量が０ではないとき、超微細結合を介した核の角運動量を含む）に対応する。

様々な実施形態において、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、Ｓ_１／２多様体２１０のゼーマン状態、Ｐ_１／２多様体２２０のゼーマン状態、およびＤ_３／２多様体２３０のゼーマン状態を伴う。例示的な実施形態では、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、ドップラー結合のために使用される傾向がある状態および／または多様体を伴う。したがって、ドップラー冷却を実行するように構成されるシステムでは、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作の例示的な実施形態において使用するという別の目的のために、同じ操作源を簡単に使用することができる。有限の磁場および第２の操作信号２２５、２２５’の固定された周波数（たとえば、固定された波長λ_２）において、第１の操作信号２１５、２１５’の周波数を走査することで、Ｓ_１／２多様体２１０からＤ_３／２多様体２３０への二光子共鳴遷移に関連する４つの暗状態共鳴が明らかになる。暗状態は、光子を吸収または放出できない極小物体および／または極小物体の成分の状態である。第１の操作信号２１５、２１５’の第１の波長λ_１および第２の操作信号２２５、２２５’の第２の波長λ_２がこれらの二光子共鳴の１つに同調するとき、二光子共鳴の青側（たとえば、より波長が短く、より周波数が高い側）での散乱が二光子共鳴の赤側（たとえば、より波長が長く、より周波数が低い側）での散乱より少なければ、極小物体および／または極小物体の第１の成分（たとえば、冷却イオン）から運動エネルギーを取り除く赤サイドバンド遷移に対する優先散乱を引き起こすことによって、ＥＩＴ冷却が達成される。

図２Ａにおいて、例示的な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作において使用され得る、Ｓ_１／２多様体２１０のｍ_ｊ＝１／２状態およびＤ_３／２多様体２３０のｍ_ｊ＝３／２状態からなる例示的な二光子共鳴は、実線として示される第１の操作信号２１５および実線として示される第２の操作信号２２５による結合を介して示されている。

二光子共鳴の周波数幅は、Ｐ_１／２多様体の状態から離調している単一の光子に依存する（たとえば、Δ_ＳＰ、Δ_ＰＤ）。たとえば、第１および／または第２の離調が減少するとき、二光子共鳴の幅はより広くなり、第１および／または第２の離調が増えるとき、二光子共鳴の幅はより狭くなる。二光子共鳴のより狭い周波数幅は、より低い温度へのより高速な冷却（二光子共鳴の広い周波数幅と比較して）をもたらすが、二光子共鳴のより広い周波数幅は、より広い冷却帯域幅（二光子共鳴の狭い周波数幅と比較して）をもたらす。

様々な実施形態において、第１の離調Δ_ＳＰおよび第２の離調Δ_ＰＤは、１０～４５０ＭＨｚの範囲における離調に設定される。たとえば、例示的な実施形態では、Δ_ＳＰ＝Δ_ＰＤ≒２０ＭＨｚであり、これは、極小物体（たとえば、４つのイオンを備えるイオン結晶などのイオン結晶）の多くの振動モードを効率的に冷却するのに十分大きい冷却帯域幅をもたらしながら、それでも、極小物体が量子コンピュータの量子ビットとして使用するための量子ビットイオンを備えるような、量子コンピュータの極小物体閉じ込め装置に閉じ込められる極小物体の冷却を含めて、様々な用途に十分な冷却速度と最終的な温度を維持する。

様々な実施形態において、第１および第２の離調Δ_ＳＰ＝Δ_ＰＤは、従来のＥＩＴ冷却動作において使用される従来の離調より少ない。様々な実施形態のより小さい第１および第２の離調は（従来のＥＩＴ冷却動作の従来の離調と比較して）、極小物体の複数のモードの同時冷却を可能にする。たとえば、様々な実施形態において、第１および第２の離調を（様々な実施形態において、Δ_ＳＰ＝Δ_ＰＤを維持しながら）第１および第２の操作信号の強度とともに調整することによって、異なる周波数（たとえば、約１ＭＨｚと約３ＭＨｚの間で変動する）を有する極小物体の広範囲の結晶モードが同時に冷却されることを可能にするパラメータの最適なセットが、極小物体のために決定され得る。たとえば、様々な実施形態は、異なるモード周波数（たとえば、１～３ＭＨｚにわたる周波数）を同時に有する極小物体の複数のモードの冷却を可能にする。

様々な実施形態において、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作の様々な実施形態の効率は、第１および第２の操作信号をそれぞれ特徴付ける第１および第２の波長λ_１、λ_２が互いに対して比較的安定しているときに改善される。例示的な実施形態では、第１の波長λ_１および第２の波長λ_２の周波数差が≦１００ｋＨｚの公差で安定するようにそれらの波長が独立に安定するように、第１の操作源および第２の操作源が構成される。たとえば、例示的な実施形態では、第１および第２の波長の相対的な安定化は、第１および第２の操作源６４Ａ、６４Ｂを独立に安定させることによって実行される。様々な実施形態において、第１および／もしくは第２の操作源６４Ａ、６４Ｂの安定化ならびに／または第１および／もしくは第２の波長の安定化は、その例が２０２１年３月１６日に出願された米国特許第１０，９５１，００２号において説明される、共鳴空洞を使用して第１および第２の操作信号を周波数コムに結合すること、サーボおよび／またはフィードバックループを使用することなどによって達成される。

図３Ａは、図２Ａに示される例示的な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作を実行するための１つの例示的なジオメトリを示す。図３Ａは、極小物体閉じ込め装置５０の特定の領域５５に配置および／または配設される極小物体３０８を示す。極小物体３０８は、２つの第１の成分３１０および２つの第２の成分３１２を備える。第１の成分３１０は第１の原子タイプであり、第２の成分３１２は第２の原子タイプであり、第１の原子タイプと第２の原子タイプは異なる。たとえば、例示的な実施形態では、第１の成分３１０は一価イオン化されたＢａ原子であり、第２の成分３１２は一価イオン化されたＹｂ原子である。第１および第２の成分３１０、３１２は、極小物体軸３０５を定義するように整列および／または配設される。例示的な実施形態では、極小物体軸３０５は、極小物体閉じ込め装置５０の特定の領域５５の高周波ヌル３５０に実質的に平行である。高周波ヌル３５０は、高周波電圧信号を極小物体閉じ込め装置５０の高周波電極および／またはレールに印加することによって生成される疑似ポテンシャルのゼロ点の線である。

様々な実施形態において、磁場Ｂは、特定の領域５５において磁場Ｂが有限の実質的に安定した（たとえば、時間とともに変化しない）振幅（たとえば、例示的な実施形態では２～１０ガウスおよび／または５ガウス）を有するように生成される。様々な実施形態において、特定の領域５５における磁場Ｂは、極小物体軸３０５と角度αを形成する磁場方向を有する。例示的な実施形態では、角度αは３０度から６０度の範囲にある。例示的な実施形態では、角度αは約４５度である。

様々な実施形態において、第１の操作信号２１５は偏光２１８（たとえば、π偏光）を有する。例示的な実施形態では、第１の操作信号２１５の偏光２１８は、実質的に磁場方向に平行である。様々な実施形態において、第１の伝播方向は、極小物体軸３０５に対して斜めである。例示的な実施形態では、第１の操作信号２１５は、極小物体軸３０５と角度βを形成する第１の伝播方向に伝播する。様々な実施形態において、角度βは、第１の操作信号２１５の伝播が磁場方向に平行ではないように、または反平行であるように構成される。様々な実施形態において、角度βは３０度から６０度の範囲にある。例示的な実施形態では、角度βは約４５度である。

様々な実施形態において、第２の操作信号２２５は偏光２２８（たとえば、σ^＋／－偏光）を有する。例示的な実施形態では、第２の操作信号２２５の偏光２２８は磁場方向に対して斜めである。様々な実施形態において、第２の伝播方向は極小物体軸３０５に対して斜めである。例示的な実施形態では、第２の操作信号２２５は、極小物体軸３０５と角度γを形成する第２の伝播方向に伝播する。様々な実施形態において、角度γは０度から９０度の範囲にある。例示的な実施形態では、角度γは約４５度である。

様々な実施形態において、第１の伝播方向は、第２の伝播方向に実質的に反平行である。様々な実施形態において、第１の伝播方向と第２の伝播方向の両方が、磁場方向に対して斜めである。例示的な実施形態では、第１の伝播方向および第２の伝播方向は、磁場方向に実質的に垂直である。

図３Ｂは、図２Ｂに示される例示的な実施形態などの、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作を実行するための別の例示的なジオメトリを示す。図３Ｂは、極小物体閉じ込め装置５０の特定の領域５５に配置および／または配設される極小物体３０８を示す。極小物体３０８は、２つの第１の成分３１０および２つの第２の成分３１２を備える。第１の成分３１０は第１の原子タイプであり、第２の成分３１２は第２の原子タイプであり、第１の原子タイプおよび第２の原子タイプは異なる。たとえば、例示的な実施形態では、第１の成分３１０は一価イオン化されたＢａ原子であり、第２の成分３１２は一価イオン化されたＹｂ原子である。第１および第２の成分３１０、３１２は、極小物体軸３０５を定義するように整列および／または配設される。例示的な実施形態では、極小物体軸３０５は、極小物体閉じ込め装置５０の特定の領域５５の高周波ヌル３５０に実質的に平行である。

様々な実施形態において、磁場Ｂは、特定の領域５５において磁場Ｂが有限の実質的に安定した（たとえば、時間とともに変化しない）振幅（たとえば、例示的な実施形態では２～１０ガウスおよび／または５ガウス）を有するように生成される。様々な実施形態において、特定の領域５５における磁場Ｂは、極小物体軸３０５と角度α’を形成する磁場方向を有する。例示的な実施形態では、角度α’は０度から３６０度の範囲にある。例示的な実施形態では、角度α’は約４５度である。具体的には、磁場方向は、第２の操作信号２２５’の偏光２２８’に実質的に平行ではなく、または反平行である。様々な実施形態において、磁場Ｂは、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に実質的に平行である。

様々な実施形態において、第１の操作信号２１５’は第１の偏光２１８’（たとえば、σ^＋／－偏光）を有する。例示的な実施形態では、第１の操作信号２１５’の第１の偏光２１８’は、磁場方向に実質的に平行ではなく、および／またはそれに対して斜めである。例示的な実施形態では、第１の偏光２１８’は磁場方向に対して垂直である。様々な実施形態において、第１の伝播方向は極小物体軸３０５に対して斜めである。例示的な実施形態では、第１の操作信号２１５’は、極小物体軸３０５と角度β’を形成する第１の伝播方向に伝播する。様々な実施形態において、角度β’は０度から９０度の範囲にある。例示的な実施形態では、角度β’は約４５度である。例示的な実施形態では、角度β’は約９０度である。

様々な実施形態において、第２の操作信号２２５’は第２の偏光２２８’（たとえば、σ^＋／－偏光）を有する。例示的な実施形態では、第２の操作信号２２５’の第２の偏光２２８’は、磁場方向に対して斜めである。例示的な実施形態では、第２の偏光２２８’は磁場方向に垂直である。様々な実施形態において、第２の伝播方向は極小物体軸３０５に対して斜めである。例示的な実施形態では、第２の操作信号２２５’は、極小物体軸３０５と角度γを形成する第２の伝播方向に伝播する。様々な実施形態において、角度γは３０度から６０度の範囲にある。例示的な実施形態では、角度γは約４５度である。

様々な実施形態において、第１の伝播方向は、第２の伝播方向に実質的に反平行である。示される実施形態では、第１の伝播方向および第２の伝播方向は、互いに関して実質的に反平行である（たとえば、β’≒γ’）。

様々な実施形態において、第１の伝播方向

（それぞれの第１の操作信号２１５、２１５’の波ベクトルの方向の単位ベクトル）と第２の伝播方向

（それぞれの第２の操作信号２２５、２２５’の波ベクトルの方向の単位ベクトル）との差は、冷却されるべき振動の方向に対する０ではない投影を有する。たとえば、冷却されるべき極小物体３０８のモードが軸モード（たとえば、極小物体軸３０５に沿った振動に対応する）であるとき、

であり、

は極小物体軸３０５に沿った単位ベクトルであり、

である。別の例では、冷却されるべき極小物体３０８のモードが半径方向モードである（たとえば、極小物体軸３０５に直交する振動に対応する）とき、

であり、

は半径方向単位ベクトルである（たとえば、

かつ

）。

図３Ａおよび図３Ｂは、例示的な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作を実行するための２つの例示的なジオメトリを示す。理解されるべきであるように、様々な他の実施形態において他のジオメトリが使用され得る。たとえば、例示的な実施形態において、磁場方向は、極小物体軸３０５に平行または反平行であり得る。例示的な実施形態において、第１の伝播方向および第２の伝播方向は各々、極小物体軸３０５に平行である。様々な実施形態において、磁場方向は、第１の伝播方向と第２の伝播方向の両方に対して斜めである。様々な実施形態において、磁場方向、第１の伝播方向、および／または第２の伝播方向は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して斜めであり得る。

一般に、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、第１の多様体、第２の多様体、および第３の多様体を使用して実行されてもよく、第１の、第２の、および第３の多様体は各々、別個の微細構造多様体であり、第１および第２の多様体は低エネルギー多様体であり、第１の多様体と第２の多様体はともに、双極子遷移を介して第３の（より高エネルギーの）多様体に結合され得る。示される実施形態は、第１の多様体がＳ多様体であり、第２の多様体がＤ多様体であり、第３の多様体がＰ多様体であるようなシナリオを示す。

例示的なクロック状態ＥＩＴ冷却動作
様々な実施形態は、極小物体の第１の成分のクロック状態を使用してＥＩＴ冷却を実行するための量子コンピュータ、システム、装置など、および対応する方法を提供する。

これまでは、１７１Ｙｂ^＋様のエネルギー構造（たとえば、一価イオン化された１７１Ｙｂ原子と同様の微細および／または超微細エネルギー構造）を有するイオンのＥＩＴ冷却は、複数のＦ＝１状態を励起多様体に結合することによって機能していた。たとえば、基底多様体のＳ_１／２、Ｆ＝１、ｍ＝＋１状態は、Ｐ_１／２、Ｆ＝０、ｍ＝０状態に結合することを介して基底多様体のＳ_１／２、Ｆ＝１、ｍ＝０状態に結合される。しかしながら、Ｐ_１／２、Ｆ＝０、ｍ＝０状態へのＳ_１／２、Ｆ＝１、ｍ＝＋１状態の結合はσ偏光を必要とするが、Ｐ_１／２、Ｆ＝０、ｍ＝０状態へのＳ_１／２、Ｆ＝１、ｍ＝０状態の結合はπ偏光を必要とするので、伝播方向に関して磁場の何らかの向きが必要である。加えて、イオンは、Ｓ_１／２、Ｆ＝０、ｍ＝０状態に「はまる」ことがあり、Ｓ_１／２、Ｆ＝１多様体へとリポンプされなければならないので、Ｓ_１／２、Ｆ＝０多様体をＰ多様体に結合する追加の操作信号が必要である。したがって、従来のＥＩＴ冷却は、１７１Ｙｂ^＋様のエネルギー構造を有する第１の成分を有する極小物体を効果的に冷却するために、高度に複雑な技術を必要とする。その上、分解サイドバンド冷却は、ＥＩＴのために必要とされるものを超える高帯域幅制御能力を必要とするので、両方の冷却方法を使用することを望む場合、さらに複雑な技術が必要である。したがって、極小物体をほぼその振動基底状態へとどのように効率的に、効果的に、かつ安定して冷却するかということについての、技術的な問題が存在する。

様々な実施形態は、これらの技術的な問題に対する技術的な解決策を提供する。様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作は、極小物体の第１の成分のＳ多様体における第１のクロック状態をＰ多様体の１つまたは複数の状態に結合する第１の操作信号と、極小物体の第１の成分のＳ多様体における第２のクロック状態をＰ多様体の１つまたは複数の状態に結合する第２の操作信号とを使用して、実行される。様々な実施形態において、極小物体の第１の成分のＳ多様体における第１のクロック状態はＦ＝１、ｍ＝０状態であり、極小物体の第１の成分のＳ多様体における第２のクロック状態はＦ＝０、ｍ＝０状態である。第１および第２のクロック状態は、Ｆ＝１、ｍ＝＋／－１状態と比較して、環境変化に対してかなり影響を受けにくい。様々な実施形態において、第１の操作信号と第２の操作信号の両方が、Ｓ多様体における第１のクロック状態とＳ多様体における第２のクロック状態との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するために、Ｐ多様体の１つまたは複数の状態の上に離調される。

暗状態を生み出すためにＳ多様体における第１のクロック状態と第２のクロック状態を結合することによって、分解サイドバンド冷却より低いレーザー出力要件で、かつ従来のＥＩＴ冷却より技術的に複雑ではない方式で、極小物体のほぼ振動基底状態への（たとえば、ドップラー冷却限界をはるかに下回る温度への）効率的な冷却を達成することができる。その上、様々な実施形態において、第１および第２の操作信号を生成ならびに／または提供するために使用される、第１および第２の操作源は、極小物体の第１の成分のサイドバンド冷却を実行するためにも使用され得る。したがって、様々な実施形態は、追加のレーザーまたは他の操作源を必要とすることなく、サイドバンド冷却とＥＩＴ冷却の両方の使用を可能にする。

加えて、クロック状態ＥＩＴ冷却動作の様々な実施形態の有効性は、磁場と第１および第２の操作信号との相対的な整列の影響を受けない。したがって、様々な実施形態は、磁場と第１および第２の操作信号との相対的な整列に関する厳密な要件を必要とすることなく、効率的な冷却を実現するというさらなる技術的な利点をもたらす。

その上、様々な実施形態の離調は、従来のＥＩＴ冷却動作の従来の離調より少なく、これは極小物体の複数のモードの同時冷却を可能にする。たとえば、様々な実施形態は、異なるモード周波数（たとえば、１～３ＭＨｚにわたる周波数）を有する極小物体の複数のモードの広帯域冷却を同時に可能にするというさらなる利点をもたらす。したがって、様々な実施形態は、極小物体の従来のレーザー冷却を上回る技術的な改善をもたらす。

図４は、様々な実施形態による、例示的なＥＩＴ冷却動作を示す極小物体の例示的な第１の成分（たとえば、冷却イオン）の部分的なレベルダイアグラムを提供する。部分的なレベルダイアグラムはＳ多様体４１０を示す。様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作は、Ｓ多様体４１０の２つのクロック状態を利用する（たとえば、Ｓ多様体のｍ＝０状態）。部分的なレベルダイアグラムはＰ多様体４２０も示す。様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作はＰ多様体４２０の１つまたは複数の状態を利用する。部分的なレベルダイアグラムはさらに、それぞれのクロック状態とＰ多様体４２０の状態との間の遷移に関してＰ多様体４２０から青方離調している第１および第２の操作信号４１５、４１２を示す。

様々な実施形態のＥＩＴ冷却動作の実行は、極小物体に第１の操作信号４１５および第２の操作信号４２５を印加することを備える。例示的な実施形態では、第１の操作信号４１５は第１の波長λ_Ａによって特徴付けられ、第１の偏光を有する。第１の波長λ_Ａは、Ｓ多様体４１０の第１のクロック状態４１２とＰ多様体４２０との間の遷移に対応する。様々な実施形態において、第１の波長λ_Ａは、Ｓ多様体４１０の第１のクロック状態４１２とＰ多様体４２０との間の遷移の共鳴周波数に対応し、第１の離調Δ_Ａだけそれから離調している。

例示的な実施形態では、第２の操作信号４２５は、第２の波長λ_Ｂによって特徴付けられ、第２の偏光を有する。第２の波長λ_Ｂは、Ｓ多様体４１０の第２のクロック状態４１４とＰ多様体４２０との間の遷移に対応する。様々な実施形態において、第２の波長λ_Ｂは、Ｓ多様体４１０の第２のクロック状態４１４とＰ多様体４２０との間の遷移の共鳴周波数に対応し、第２の離調Δ_Ｂだけそれから離調している。

様々な実施形態において、第１および第２の離調は、３つのレベルの特定のセットに関して測定されると、実質的に互いに等しい（たとえば、Δ_Ａ≒Δ_Ｂ）。例示的な実施形態では、極小物体の第１の成分は一価イオン化されたＹｂであり、第１の波長λ_Ａ＝３６９．５ｎｍ（たとえば、３６９．５１９３ｎｍ）であり、第２の波長λ_２≒３６９．５ｎｍ（たとえば、３６９．５２５１ｎｍ）であり、第１および第２の離調Δ_Ａ≒３０～４５０ＭＨｚ≒Δ_Ｂである。例示的な実施形態では、Δ_Ａ≒５５ＭＨｚ≒Δ_Ｂである。理解されるべきであるように、様々な他の偏光方式、波長、および離調が、極小物体の第１の成分のエネルギー構造および選択された暗状態に基づいて、様々な他の実施形態において使用される。様々な実施形態において、離調Δ_Ａ≒Δ_Ｂは、極小物体の異なる（結晶）振動モードを冷却するために、クロック状態ＥＩＴ動作の実行の間に調整され得る。様々な実施形態において、異なるモード周波数（たとえば、１～３ＭＨｚにわたる周波数）を有する極小物体のモードを含む、極小物体の複数のモードが同時に冷却され得る。

様々な実施形態において、第１の偏光および第２の偏光は互いに対して斜めである。たとえば、第１の偏光および第２の偏光が直線偏光である例示的な実施形態では、第１の偏光が整列される第１の方向および第２の偏光が整列される第２の方向は、互いに斜めである。たとえば、例示的な実施形態では、第１の操作信号が正のｚ方向に伝播しており、第１の偏光がｘ方向に整列しており、第２の操作信号が負のｚ方向に伝播しており、第２の偏光がｙ方向に整列しているように、直交座標系が定義可能である。様々な実施形態において、第１の偏光および第２の偏光は、直線偏光または円偏光であり得る。

理解されるべきであるように、本明細書において使用される場合、第１の多様体と第２の多様体との間の（たとえば、Ｓ_１／２、Ｆ＝１多様体とＰ_１／２、Ｆ＝１多様体との間の、Ｐ_１／２、Ｆ＝１多様体とＳ_１／２、Ｆ＝１多様体との間の）遷移は、第１の多様体の状態と第２の多様体の状態との間の遷移を示す。クロック状態ＥＩＴ冷却動作に関して本明細書において使用される場合、状態の多様体は特定の超微細レベルを指し、各多様体は、印加される磁場によるゼーマン分裂によってエネルギーが異なる複数の状態を備える。

二光子共鳴の周波数幅は、Ｐ_１／２多様体の状態からの単光子離調（たとえば、Δ_Ａ、Δ_Ｂ）に依存する。たとえば、第１および／または第２の離調が減少すると、二光子共鳴の幅はより広くなり、第１および／または第２の離調が増大すると、二光子共鳴の幅はより狭くなる。二光子共鳴のより狭い周波数幅は、（二光子共鳴の広い周波数幅と比較して）より低温へのより高速な冷却をもたらし、二光子共鳴のより広い周波数幅は、（二光子共鳴の狭い周波数幅と比較して）より広い冷却帯域幅を提供する。様々な実施形態は、異なるモード周波数（たとえば、１～３ＭＨｚにわたる周波数）を有する極小物体のモードを含めて、複数の極小物体モードの同時冷却を可能にするように、従来の離調より小さいを変化させ、第１および第２の操作信号の強度を変化させるという使用法を通じて、広帯域ＥＩＴ冷却を提供する。

様々な実施形態において、第１の離調Δ_Ａおよび第２の離調Δ_Ｂは、３０～４５０ＭＨｚの範囲における離調に設定される。たとえば、例示的な実施形態では、Δ_Ａ＝Δ_Ｂ≒５５ＭＨｚであり、これは、極小物体（たとえば、４つのイオンを備えるイオン結晶などのイオン結晶）の振動モードを効率的に冷却するのに十分大きい冷却帯域幅をもたらしながら、それでも、極小物体が量子コンピュータの量子ビットとして使用するための量子ビットイオンを備えるような、量子コンピュータの極小物体閉じ込め装置に閉じ込められる極小物体の冷却を含めて、様々な用途に十分な冷却速度と最終的な温度を維持する。

様々な実施形態において、クロック状態ＥＩＴ冷却動作の様々な実施形態の有効性は、第１および第２の操作信号をそれぞれ特徴付ける第１および第２の波長λ_Ａ、λ_Ｂが互いに対して比較的安定しているときに高まる。例示的な実施形態では、第１の操作源および第２の操作源は、第１の波長および第２の波長が独立に安定化されるように構成される。例示的な実施形態では、第１の操作信号および第２の操作信号は、２つの操作信号のそれぞれの波長が互いに対してかなり安定するように、同じ操作源６４によって生成される。

図４において、例示的な実施形態のクロック状態ＥＩＴ冷却動作において使用され得る、Ｓ_１／２多様体４１０のｍ＝０状態（たとえば、クロック状態４１２、４１４）およびＰ_１／２多様体４２０の状態からなる例示的な二光子共鳴は、実線として示される第１の操作信号４１５と実線として示される第２の操作信号４２５による結合を介して示される。

図４は、第１の操作信号４１５によるＳ多様体４１０のゼーマン状態４１６Ａ、４１６Ｂ（ｍ＝＋／－１）からの極小物体の光ポンピングも示す。様々な実施形態において、Ｐ多様体４２０からの極小物体の自然崩壊が、Ｓ多様体４１０の結合されていないゼーマン（たとえば、ｍ＝＋／－１）状態４１６Ａ、４１６Ｂを占有することにつながり得る。しかしながら、極小物体への第１の操作信号４１５および第２の操作信号４２５の印加はまた、破線の遷移線４５０によって示されるように、これらの結合されていないゼーマン状態４１６Ａ、４１６Ｂから占有を取り除く。たとえば、極小物体への第１の操作信号４１５の印加は、結合されていないゼーマン（たとえば、ｍ＝＋／－１）状態４１６Ａ、４１６Ｂの極小物体をクロック状態４１２、４１４へと戻すように光ポンピングする。結果として、暗状態冷却サイクルから漏洩するあらゆる極小物体（たとえば、クロック状態４１２、４１４、およびＰ多様体４２０の１つまたは複数の状態を備える）は、この光ポンピングプロセスを通じてすぐに返される。

例示的な実施形態では、第１の操作信号４１５は第１の操作源６４Ａによって生成および／または提供され、第２の操作信号４２５は第２の操作源６４Ｂによって生成および／または提供され、第１の操作源６４Ａおよび第２の操作源６４Ｂは異なる操作源である。例示的な実施形態では、第１の操作信号４１５および第２の操作信号４２５は、同じ操作源（たとえば、同じレーザー）によって生成される。たとえば、例示的な実施形態では、第１の操作源および第２の操作源は同じ操作源であり、または重複する操作源である（たとえば、同じレーザーを備えるが、それぞれの操作信号を準備するための異なる光成分を含み得る）。

図５は、例示的な実施形態のクロック状態ＥＩＴ冷却動作を実行するための１つの例示的なジオメトリを示す。図５は、極小物体閉じ込め装置５０の特定の領域５５に配置および／または配設される極小物体５０８を示す。極小物体５０８は、２つの第１の成分５１０および２つの第２の成分５１２を備える。第１の成分５１０は第１の原子タイプであり、第２の成分５１２は第２の原子タイプであり、第１の原子タイプおよび第２の原子タイプは異なる。たとえば、例示的な実施形態において、第１の成分５１０は一価イオン化されたＹｂ原子であり、第２の成分５１２は一価イオン化されたＢａ原子である。第１および第２の成分５１０、５１２は、極小物体軸５０５を定義するように整列および／または配設される。例示的な実施形態において、極小物体軸５０５は、極小物体閉じ込め装置５０の特定の領域５５の高周波ヌル５５０に実質的に平行である。高周波ヌル５５０は、高周波電圧信号を極小物体閉じ込め装置５０の高周波電極および／またはレールに印加することによって生成される疑似ポテンシャルのゼロ点の線である。

様々な実施形態において、磁場Ｂは、特定の領域５５において磁場Ｂが有限の実質的に安定した（たとえば、時間とともに変化しない）振幅（たとえば、例示的な実施形態では２～１０ガウスおよび／または５ガウス）を有するように生成される。様々な実施形態において、特定の領域５５における磁場Ｂは、極小物体軸５０５と角度θを形成する磁場方向を有する。例示的な実施形態では、角度θは０度から９０度の範囲または１８０～２７０度の範囲にある。例示的な実施形態では、角度θは約４５度である。

様々な実施形態において、磁場方向は、第１の操作信号４１５の伝播の方向に実質的に平行ではなく、または反平行である。様々な実施形態において、クロック状態ＥＩＴ冷却動作の有効性は、磁場方向が第１の操作信号４１５の偏光４１８に実質的に平行ではない限り、または反平行である限り、第１および第２の操作信号４１５、４２５と磁場方向との間の相対角度に依存しない。

様々な実施形態において、第１の操作信号４１５は第１の偏光４１８（たとえば、示される実施形態では直線偏光）を有する。例示的な実施形態において、第１の操作信号４１５の偏光４１８は、磁場方向に対して斜めである。

様々な実施形態において、第１の操作信号４１５は、極小物体軸５０５に対して斜めである。第１の伝播方向に伝播する。例示的な実施形態において、第１の操作信号４１５は、極小物体軸５０５と角度φを形成する第１の伝播方向に伝播する。様々な実施形態において、角度φは０度から９０度の範囲にある。例示的な実施形態において、角度φは約４５度である。

様々な実施形態において、第２の操作信号４２５は第２の偏光４２８（たとえば、示される実施形態では直線偏光）を有する。例示的な実施形態において、第２の操作信号４２５の第２の偏光４２８は、磁場方向と第１の偏光４１８の両方に対して斜めである。

様々な実施形態において、第２の操作信号４２５は、極小物体軸５０５に対して斜めである第２の伝播方向に伝播する。例示的な実施形態において、第２の操作信号４２５は、極小物体軸５０５と角度Ψを形成する第２の伝播方向に伝播する。様々な実施形態において、角度Ψは９０度から１８０度の範囲にある。例示的な実施形態において、角度Ψは約１３５度である。

様々な実施形態において、第１の伝播方向は、第２の伝播方向に対して斜めまたは反平行である。一般に、第１の伝播方向および第２の伝播方向は、実質的に平行ではない（たとえば、互いに対して斜めまたは反平行である）。示される実施形態では、第１の伝播方向および第２の伝播方向は、互いに対して実質的に反平行である（たとえば、φ＋Ψ＝１８０°）。様々な実施形態において、φ＋Ψは１３５度から２２５度の範囲にある。

様々な実施形態において、第１の伝播方向

（それぞれの第１の操作信号４１５の波ベクトルの方向の単位ベクトル）と第２の伝播方向

（それぞれの第２の操作信号４２５の波ベクトルの方向の単位ベクトル）との差は、冷却されるべき振動の方向に対する０ではない投影を有する。たとえば、冷却されるべき極小物体５０８のモードが軸モード（たとえば、極小物体軸５０５に沿った振動に対応する）であるとき、

であり、

は極小物体軸５０５に沿った単位ベクトルであり、

である。別の例では、冷却されるべき極小物体５０８のモードが半径方向モードである（たとえば、極小物体軸５０５に直交する振動に対応する）とき、

であり、

は半径方向単位ベクトルである（たとえば、

かつ

）。

図５は、例示的な実施形態のクロック状態ＥＩＴ冷却動作を実行するための例示的なジオメトリを示す。理解されるべきであるように、様々な他の実施形態において他のジオメトリが使用され得る。たとえば、例示的な実施形態では、磁場方向は、極小物体軸５０５に平行または反平行であり得る。例示的な実施形態では、第１の伝播方向および第２の伝播方向は各々、極小物体軸５０５に平行である。様々な実施形態において、磁場方向、第１の伝播方向、および／または第２の伝播方向は、極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して斜めであり得る。

ＥＩＴ冷却動作を実行するための例示的な方法
図６は、様々な実施形態による、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作および／またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作を実行するための様々な処理、手順などを示すフローチャートを提供する。図６に示される例示的な実施形態は、量子コンピュータ１１０などのＱＣＣＤベースの量子コンピュータによるＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作および／またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作の実行に対応する。様々な実施形態において、図６に示される処理、手順などは、量子コンピュータ１１０のコントローラ３０によって実行される。

ステップ／動作６０２で開始すると、コントローラ３０は、量子コンピュータ１１０に量子回路の実施および／または実行を開始させる。たとえば、コントローラ３０は、極小物体閉じ込め措置５０によって閉じ込められる極小物体の量子ビットイオンの制御された量子状態進化を量子コンピュータ１１０に実行させるように、量子コンピュータ１１０の電圧源、操作源６４、磁場生成器７０などを制御し得る。

ステップ／動作６０４において、コントローラ３０は、冷却トリガが識別されたことを決定する。たとえば、コントローラ３０が量子コンピュータ１１０および／またはその構成要素を制御するにつれて、コントローラ３０は、冷却トリガが識別されたことを決定する。例示的な実施形態では、冷却トリガは、輸送動作（たとえば、直線輸送、二次元極小物体閉じ込め装置の接合点を通る輸送、極小物体内の成分の並べ替え、極小物体を組み合わせること、極小物体を分割すること、極小物体を交換することなど）を実行することと、輸送動作の間に得られる過剰な熱が極小物体から取り除かれるべきであると決定することとに応答して識別される。例示的な実施形態において、冷却トリガは量子ゲートの実行の準備において識別される。様々な実施形態において、種々の活動および／または計画された活動が、冷却トリガが識別されたことを、コントローラ３０に決定させ得る。様々な実施形態において、冷却トリガは、冷却動作が実行されるべき極小物体閉じ込め装置５０の特定の領域５５を示す。

ステップ／動作６０６において、コントローラ３０は、ある磁場方向および特定の振幅を有する特定の領域５５における磁場を生成するように、磁場生成器７０を制御する。例示的な実施形態において、磁場生成器７０は永久磁石であり、コントローラ３０は磁場生成器７０を制御する必要はない。例示的な実施形態において、磁場生成器７０は、量子コンピュータ１１０の動作ならびに／または量子回路および／もしくはアルゴリズムの実行の全体で、ある磁場方向および特定の振幅を有する実質的に安定した磁場を生成および／または維持するように構成される。したがって、例示的な実施形態において、コントローラ３０は、その磁場方向および特定の振幅を有する磁場を特定の領域５５において維持するように、磁場生成器７０を制御する。

ステップ／動作６０８において、コントローラ３０は、第１の操作信号２１５、４１５を生成して特定の領域５５に提供するように第１の操作源６４Ａを制御し、第２の操作信号２２５、４２５を生成して特定の領域５５に提供するように第２の操作源６４Ｂを制御する。

様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作は、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作であり、第１の操作信号２１５は、極小物体３０８の第１の成分３１０のＳ多様体とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長λ_１によって特徴付けられ、第１の離調Δ_ＳＰだけＳ多様体とＰ多様体との間の遷移から離調している。様々な実施形態において、第２の操作信号２２５は、極小物体３０８の第１の成分３１０のＰ多様体とＤ多様体との間の遷移に対応する第２の波長λ_２によって特徴付けられ、第２の離調Δ_ＰＤだけＰ多様体とＤ多様体との間の遷移から離調している。

様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作はクロック状態ＥＩＴ冷却動作であり、第１の操作信号４１５は、極小物体４０８の第１の成分５１０のＳ多様体の第１のクロック状態４１２とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長λ_Ａによって特徴付けられ、第１の離調Δ_Ａだけ第１のクロック状態４１２とＰ多様体４２０との間の遷移から離調している。様々な実施形態において、第２の操作信号４２５は、極小物体５０８の第１の成分５１０のＳ多様体４１０の第２のクロック状態４１４とＰ多様体４２０との間の遷移に対応する第２の波長λ_Ｂによって特徴付けられ、第２の離調Δ_Ｂだけ第２のクロック状態４１４とＰ多様体４２０との間の遷移から離調している。

様々な実施形態において、第１および第２の離調は、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作の場合、Ｓ多様体とＤ多様体との間の二光子遷移、または、クロック状態ＥＩＴ冷却動作の場合、第１のクロック状態４１２と第２のクロック状態４１４との間の二光子遷移に関連する、（選択された）暗状態に対応する（たとえば、それに同調され、および／またはそれに基づいて決定される）。様々な実施形態において、特定の領域５５において配設される極小物体に、時間が重複する方式で第１の操作信号と第２の操作信号の両方が入射するように、第１および第２の操作信号２１５、４１５、２２５、４２５が提供される。たとえば、少なくともある期間、第１の操作信号と第２の操作信号の両方が、特定の領域５５に配設される極小物体に同時に入射する。

様々な実施形態において、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作を実行する前に、ドップラー冷却動作が実行される。たとえば、例示的な実施形態では、冷却トリガが識別されると決定したことに応答して、極小物体および／またはその成分に対して適宜、ドップラー冷却動作が実行され、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作の実行がそれに続く。例示的な実施形態では、冷却トリガは、特定の領域５５に配設される極小物体がドップラー限界に達するまでドップラー冷却動作が特定の領域５５において実行されたと決定したことに応答して識別される。

ステップ／動作６１０において、コントローラ３０は、十分な冷却が実行されたかどうかを決定する。たとえば、コントローラ３０は、１つまたは複数の測定を実行して特定の領域５５に配設される極小物体の温度および／または振動モードを決定するように、量子コンピュータ１１０の１つまたは複数の要素を制御し得る。たとえば、コントローラ３０は、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作が、十分な冷却を引き起こすのに十分な長さの時間実行されたかどうかを決定し得る。たとえば、例示的な実施形態では、コントローラ３０は、冷却時間の間Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作を実行するように構成され、十分な冷却が実行されたかどうかの決定は、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作が冷却時間の間実行されたかどうかの決定である。様々な実施形態において、冷却時間は、０．２ミリ秒から１．５ミリ秒の範囲から選択される。

様々な実施形態において、様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、極小物体３０８を１．５ミリ秒未満でドップラー限界から

に冷却し、

は極小物体の特定のモードにおける平均の光子の数である。様々な実施形態において、様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、０．２ミリ秒から１．２５ミリ秒で極小物体３０８をドップラー限界から

に冷却する。例示的な実施形態において、様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、０．２ミリ秒から０．５ミリ秒で極小物体３０８をドップラー限界から

に冷却する。たとえば、例示的な実施形態において、様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、約０．２５ミリ秒で極小物体３０８をドップラー限界から

に冷却する。したがって、コントローラ３０は、第１および第２の操作信号２１５、２２５が特定の領域５５に印加され始めてからある冷却時間が経過したかどうかを決定し得る。様々な実施形態において、冷却時間は、０．２５ミリ秒、０．５ミリ秒、１ミリ秒、１．２５ミリ秒、１．５ミリ秒などである。

様々な実施形態において、様々な実施形態のクロック状態冷却動作は、軸ゲートモードでは約０．７ミリ秒で、軸重心モードでは約０．１３ミリ秒で、極小物体５０８をドップラー限界から

未満に冷却するように構成される。様々な実施形態において、クロック状態冷却動作は、０．５５ｍｓ未満で半径方向モードのすべてを

未満に冷却するように構成される。したがって、コントローラ３０は、第１および第２の操作信号４１５、４２５が特定の領域５５に印加され始めてからある冷却時間が経過したかどうかを決定し得る。様々な実施形態において、冷却時間は、０．２５ミリ秒、０．５５ミリ秒、０．８ミリ秒、１ミリ秒、１．２５ミリ秒などである。

十分な冷却が実行されていない（たとえば、冷却時間より短い時間Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作が実行された）と決定されると、プロセスはステップ／動作６０８に戻り、第１および第２の操作信号２１５、２２５は特定の領域５５に印加され続ける。十分な冷却が実行された（たとえば、冷却時間の間Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作またはクロック状態ＥＩＴ冷却動作が実行された）と決定されると、プロセスはステップ／動作６１２に続く。

ステップ／動作６１２において、コントローラ３０は、第１の操作信号２１５および第２の操作信号２２５が特定の領域５５に印加されるのを止めるように、第１の操作源６４Ａおよび第２の操作源６４Ｂを制御する。たとえば、コントローラ３０は、第１の操作源６４Ａおよび／または第２の操作源６４Ｂに、それぞれ、第１の操作信号２１５および／または第２の操作信号２２５の生成を止めさせ得る。たとえば、コントローラ３０は、第１の操作信号２２５および／または第２の操作信号２２５が特定の領域５５に提供および／または印加されるのを止めるように、１つまたは複数の変調器を制御し得る。

ステップ／動作６１４において、コントローラ３０は、量子回路の実施および／または実行を続けるように、量子コンピュータ１１０の様々な要素（たとえば、電圧源、操作源６４、磁場生成器７０など）を制御する。たとえば、コントローラ３０は、特定の領域５５の中へ、その外へ、および／またはその中で１つまたは複数の極小物体が輸送されるようにすること、１つまたは複数の極小物体に対して１つまたは複数の量子ゲートを実行すること、１つまたは複数の極小物体および／または極小物体の成分の状態を読み取ることなどを行うように、量子コンピュータ１１０の様々な要素を制御し得る。

技術的な利点
様々な実施形態において、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作が実行される。様々な実施形態において、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却を実行することが可能なシステム（たとえば、量子コンピュータ）および／または対応するシステムにＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作を実行させるように構成されるコントローラが提供される。たとえば、様々な実施形態は、極小物体の第１の成分が低位Ｄ多様体を有し、極小物体が少なくとも一部Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作を使用して冷却されるような、システムを提供する。様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、従来のレーザー冷却技法に技術的な利点を提供し、従来のレーザー冷却技法に関する技術的な問題に対する技術的な解決策を提供する。

たとえば、ドップラー冷却は、ドップラー限界への極小物体の冷却を可能にするだけであり、これは種々の用途（ＱＣＣＤベースの量子コンピューティング用途を含む）では十分に低くない。加えて、ドップラー冷却はＥＩＴ冷却と比較すると相対的に遅い。様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、０．２ミリ秒から１．５ミリ秒の範囲の冷却時間で、ドップラー限界（たとえば、

）より十分低く極小物体を効率的に冷却することを可能にする。分解サイドバンド冷却はドップラー限界未満への冷却を可能にするが、分解サイドバンド冷却は実施が技術的に複雑であり、高いレーザー出力を必要とし、レーザー強度の変動の影響を受ける。分解サイドバンド冷却の実施は、極小物体が複数の成分を備えるとき、ならびに／または複数のイオンおよび／もしくは原子を備える結晶であるときには、特に技術的に複雑である。様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、高速かつ効果的な冷却性能を維持しながら、実施の技術的な複雑さが低くレーザー出力要件がより低いことを含めた、分解サイドバンド冷却を超える改善を提供する。様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作はさらに、低位Ｄ多様体を有する極小物体の成分のために従来のＥＩＴ冷却を実行する際の複雑さをなくす。たとえば、低位Ｄ多様体を有する原子および／またはイオンの従来のＥＩＴ冷却では、原子および／またはイオンが低位Ｄ多様体に「はまり」、Ｓ多様体とＰ多様体との間の冷却サイクルに戻るようにリポンプされる必要がある確率が非常に高い。したがって、様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、低位Ｄ多様体を伴う原子および／もしくはイオン、ならびに／または低位Ｄ多様体を伴う第１の成分を有する極小物体のために、従来のＥＩＴ冷却と比較して技術的な複雑さを低減する。

様々な実施形態のＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作は、第１および第２の操作信号を生成するために使用される操作源が、ドップラー冷却を実行するために使用されるのと同じ操作源であり得るという追加の技術的な利点をもたらす。したがって、システムは、同じ２つのレーザーを使用して、ドップラー冷却およびＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却を実行するように構成されてもよく、たとえば、これにより、様々な実施形態における実装形態の技術的な複雑さを低減する。

様々な実施形態において、クロック状態ＥＩＴ冷却動作が実行される。様々な実施形態において、クロック状態ＥＩＴ冷却を実行することが可能なシステム（たとえば、量子コンピュータ）および／または対応するシステムにクロック状態ＥＩＴ冷却動作を実行させるように構成されるコントローラが提供される。たとえば、様々な実施形態は、極小物体の第１の成分が一価イオン化されたＹｂと同様のエネルギー構造を有し、極小物体が少なくとも一部クロック状態ＥＩＴ冷却動作を使用して冷却されるような、システムを提供する。様々な実施形態のクロック状態ＥＩＴ冷却動作は、従来のレーザー冷却技法に技術的な利点を提供し、従来のレーザー冷却技法に関する技術的な問題に対する技術的な解決策を提供する。

たとえば、本明細書の他の箇所で論じられるように、レーザー冷却技法は、比較的遅いプロセスである（たとえば、量子ゲート、極小物体輸送などのＱＣＣＤ量子プロセッサによって実行される他のプロセスと比較して）。その上、従来のレーザー冷却技法は、大きなレーザー出力を必要とする。加えて、１７１Ｙｂ^＋様のエネルギー構造（たとえば、一価イオン化された１７１Ｙｂ原子と同様の微細および／または超微細エネルギー構造）を有するイオンの以前のＥＩＴ冷却は、複数のＦ＝１状態を励起多様体に結合することによって機能していた。たとえば、基底多様体のＳ_１／２、Ｆ＝１、ｍ＝＋１状態は、Ｐ_１／２、Ｆ＝０、ｍ＝０状態への結合を介して、基底多様体のＳ_１／２、Ｆ＝１、ｍ＝０状態に結合される。しかしながら、Ｐ_１／２、Ｆ＝０、ｍ＝０状態へのＳ_１／２、Ｆ＝１、ｍ＝＋１状態の結合はσ偏光を必要とするが、Ｐ_１／２、Ｆ＝０、ｍ＝０状態へのＳ_１／２、Ｆ＝１、ｍ＝０状態の結合はπ偏光を必要とするので、伝播方向に関する磁場の何らかの配向を必要とする。加えて、イオンがＳ_１／２、Ｆ＝０、ｍ＝０において「はまる」ことがあり、Ｓ_１／２、Ｆ＝１多様体へとリポンプされなければならないので、Ｓ_１／２、Ｆ＝０多様体をＰ多様体に結合する追加の操作信号が必要である。したがって、従来のＥＩＴ冷却は、１７１Ｙｂ^＋様のエネルギー構造を有する第１の成分を有する極小物体を効果的に冷却するには、高度な技術的な複雑さを必要とする。その上、分解サイドバンド冷却は、ＥＩＴのために必要とされるものを超える高帯域幅の制御能力を必要とするので、両方の冷却方法を使用することを望む場合、さらなる技術的な複雑さを必要とする。したがって、極小物体をほぼその振動基底状態へとどのように効率的に、効果的に、かつ安定して冷却するかということについての技術的な問題が存在する。

様々な実施形態は、これらの技術的な問題に対する技術的な解決策を提供する。様々な実施形態において、ＥＩＴ冷却動作は、極小物体の第１の成分のＳ多様体における第１のクロック状態をＰ多様体の１つまたは複数の状態に結合する第１の操作信号と、極小物体の第１の成分のＳ多様体における第２のクロック状態をＰ多様体の１つまたは複数の状態に結合する第２の操作信号とを使用して実行される。様々な実施形態において、極小物体の第１の成分のＳ多様体における第１のクロック状態はＦ＝０、ｍ＝０状態であり、極小物体の第１の成分のＳ多様体における第２のクロック状態はＦ＝１、ｍ＝０状態である。第１および第２のクロック状態は、Ｆ＝１、ｍ＝＋／－１状態と比較して環境変化の影響をかなり受けにくい。様々な実施形態において、第１の操作信号と第２の操作信号の両方が、Ｓ多様体における第１のクロック状態とＳ多様体における第２のクロック状態との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するために、Ｐ多様体の１つまたは複数の状態の上に離調される。（選択された）暗状態を生み出すためにＳ多様体における第１のクロック状態と第２のクロック状態を結合することによって、分解サイドバンド冷却より低いレーザー出力要件で、かつ従来のＥＩＴ冷却より技術的に複雑ではない方式で、極小物体のほぼ振動基底状態への（たとえば、ドップラー冷却限界をはるかに下回る温度への）効率的な冷却を達成することができる。その上、様々な実施形態において、第１および第２の操作信号を生成ならびに／または提供するために使用される、第１および第２の操作源は、極小物体の第１の成分のサイドバンド冷却を実行するためにも使用され得る。したがって、様々な実施形態は、追加のレーザーまたは他の操作源を必要とすることなく、サイドバンド冷却とＥＩＴ冷却の両方の使用を可能にする。加えて、様々な実施形態は、従来のレーザー冷却技法と比較して低い出力を使用しながら、極小物体のより高速な冷却をもたらす。したがって、様々な実施形態は、極小物体の従来のレーザー冷却を超える技術的な改善を提供する。

例示的なコントローラ
様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、量子コンピュータ１１０の様々な要素を制御するように構成されるコントローラ３０を備える。様々な実施形態において、コントローラ３０は、様々な動作（たとえば、ゲート動作、冷却動作、輸送動作、量子ビット相互作用動作、量子ビット測定動作、漏洩抑制／変換動作などの計算動作）を量子コンピュータ１１０に実行させるように構成され得る。たとえば、コントローラ３０は、冷却トリガを識別すること、冷却動作（たとえば、Ｓ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄ ＥＩＴ冷却動作、クロック状態ＥＩＴ冷却動作、および／またはＳ－ｔｏ－Ｐ－ｔｏ－Ｄもしくはクロック状態ＥＩＴ冷却動作が後に続くドップラー冷却）が実行されるようにすること、第１および／または第２の操作信号を提供するように第１および／または第２の操作源を制御することなどを行うように構成され得る。たとえば、コントローラ３０は、低温および／もしくは真空チャンバー４０内の温度と圧力を制御する低温システムおよび／もしくは真空システム、操作源６４、極小物体閉じ込め装置５０の電極に電圧信号を印加するように構成される電圧源、磁場生成器７０、ならびに／または、低温および／もしくは真空チャンバー４０内の環境条件（たとえば、温度、湿度、圧力など）を制御するシステムを制御するように構成され、かつ／または、極小物体閉じ込め装置５０内の１つまたは複数の極小物体の量子状態の制御された進化を操作し、および／もしくは引き起こすように構成され得る。

図７に示されるように、様々な実施形態において、コントローラ３０は、処理要素７０５、メモリ７１０、ドライバコントローラ要素７１５、通信インターフェース７２０、アナログデジタルコンバータ要素７２５などを含む、様々なコントローラ要素を備え得る。たとえば、処理要素７０５は、プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）、マイクロプロセッサ、コプロセッシングエンティティ、特定用途向け命令セットプロセッサ（ＡＳＩＰ）、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、ハードウェアアクセラレータ、他の処理デバイスおよび／または回路などを備え得る。回路という用語は、完全にハードウェアの実施形態またはハードウェアとコンピュータプログラム製品の組合せを指し得る。例示的な実施形態において、コントローラ３０の処理要素７０５は、クロックを備え、および／またはクロックと通信している。

たとえば、メモリ７１０は、ハードディスク、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＭＣ、ＳＤメモリカード、メモリスティック、ＣＢＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＲＲＡＭ、ＳＯＮＯＳ、レーストラックメモリ、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＰＭ ＤＲＡＭ、ＥＤＯ ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＲＩＭＭ、ＤＩＭＭ、ＳＩＭＭ、ＶＲＡＭ、キャッシュメモリ、レジスタメモリなどの１つまたは複数などの、揮発性および／または不揮発性メモリストレージなどの、非一時的メモリを備え得る。様々な実施形態において、メモリ７１０は、量子コンピュータの量子ビット（たとえば、量子ビット記録データストア、量子ビット記録データベース、量子ビット記録テーブルなど）、較正テーブル、実行可能キュー、コンピュータプログラムコード（たとえば、１つまたは複数のコンピュータ言語、専用のコントローラ言語などの）などに対応する、量子ビット記録を記憶し得る。例示的な実施形態では、メモリ７１０に（たとえば、処理要素７０５によって）記憶されるコンピュータプログラムコードの少なくとも一部分の実行は、コントローラ３０に、本明細書において説明される１つまたは複数のステップ、動作、処理、手順などを実行させる。

様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素７１５は、１つまたは複数のドライバを制御するように各々構成される１つまたは複数のドライバおよび／またはコントローラ要素を含み得る。様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素７１５は、ドライバおよび／またはドライバコントローラを備え得る。たとえば、ドライバコントローラは、コントローラ３０によって（たとえば、処理要素７０５によって）スケジューリングされ実行される実行可能命令、コマンドなどに従って、１つまたは複数の対応するドライバが動作させられるようにするように構成され得る。様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素７１５は、コントローラ３０が、１つまたは複数の操作源６４を動作させ、および／または制御すること、１つまたは複数の磁場生成器７０を制御すること、真空および／または低温システムを動作させることなどを可能にし得る。様々な実施形態において、ドライバは、レーザードライバ、真空部品ドライバ、電圧源（たとえば、ＡＣ電圧源、任意波形生成器（ＡＷＧ）、直接デジタル合成器（ＤＤＳ）など）、低温および／または真空システム部品ドライバなどであり得る。様々な実施形態において、コントローラ３０は、カメラ、ＭＥＭＳカメラ、ＣＣＤカメラ、フォトダイオード、光電子増倍管などの、１つまたは複数の光受信機部品から信号を通信および／または受信するための手段を備える。たとえば、コントローラ３０は、１つまたは複数の光受信機部品、較正センサなどから信号を受信するように構成される、１つまたは複数のアナログデジタルコンバータ要素７２５を備え得る。たとえば、コントローラ３０は、極小物体閉じ込め装置５０の特定の領域５５における条件に対応する、および／または、様々な極小物体３０８に対応する測定結果を、アナログデジタルコンバータ要素７２５を介して受信し得る。

様々な実施形態において、コントローラ３０は、計算エンティティ１０とインターフェースおよび／または通信するための通信インターフェース７２０を備え得る。たとえば、コントローラ３０は、実行可能命令、コマンドセットなどを計算エンティティ１０から受信し、量子コンピュータ１１０から（たとえば、光収集システムまたは他の測定システムから）受信された出力および／または出力を処理した結果を計算エンティティ１０に提供するための、通信インターフェース７２０を備え得る。様々な実施形態において、計算エンティティ１０およびコントローラ３０は、直接の有線および／もしくはワイヤレス接続、ならびに／または、１つまたは複数の有線および／もしくはワイヤレスネットワーク２０を介して通信し得る。

例示的な計算エンティティ
図８は、本発明の実施形態とともに使用され得る例示的な計算エンティティ１０を表す例示的な概略図を提供する。様々な実施形態において、計算エンティティ１０は、ユーザが入力を量子コンピュータ１１０に（たとえば、計算エンティティ１０のユーザインターフェースを介して）提供し、量子コンピュータ１１０からの出力を受信し、表示し、分析するなどすることを可能にするように構成される。たとえば、ユーザは、量子アルゴリズムおよび／もしくは量子回路を生成ならびに／またはプログラムするように計算エンティティ１０を操作してもよく、その量子アルゴリズムおよび／または量子回路は、コントローラ３０が量子アルゴリズムおよび／または量子回路を受け入れて、量子コンピュータ１１０に量子アルゴリズムおよび／または量子回路を実行させることができるように提供され得る。

図８に示されるように、計算エンティティ１０は、アンテナ８１２、送信機８１４（たとえば、無線）、受信機８０６（たとえば、無線）、ならびに、それぞれ送信機８１４および受信機８０６に信号を提供しそれらから信号を受信する処理デバイスおよび／または要素８０８を含み得る。それぞれ送信機８１４および受信機８０６に提供され、それらから受信される信号は、コントローラ３０、他の計算エンティティ１０などの様々なエンティティと通信するために、適用可能なワイヤレスシステムのエアインターフェース規格に従って情報／データをシグナリングすることを含み得る。この点で、計算エンティティ１０は、１つまたは複数のエアインターフェース規格、通信プロトコル、変調タイプ、およびアクセスタイプを用いて動作することが可能であり得る。たとえば、計算エンティティ１０は、ファイバ分散データインターフェース（ＦＤＤＩ）、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、イーサネット、非同期転送モード（ＡＴＭ）、フレームリレー、ｄａｔａ ｏｖｅｒ ｃａｂｌｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＤＯＣＳＩＳ）、または任意の他の有線送信プロトコルなどの、有線データ送信プロトコルを使用して、通信を受信し、および／または提供するように構成され得る。同様に、計算エンティティ１０は、ｇｅｎｅｒａｌ ｐａｃｋｅｔ ｒａｄｉｏ ｓｅｒｖｉｃｅ（ＧＰＲＳ）、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ（ＵＭＴＳ）、Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ２０００（ＣＤＭＡ２０００）、ＣＤＭＡ２０００ １Ｘ（１ｘＲＴＴ）、Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ（ＷＣＤＭＡ）、Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＳＭ）、Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＥＤＧＥ）、Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ－Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ（ＴＤ－ＳＣＤＭＡ）、Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）、Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ（Ｅ－ＵＴＲＡＮ）、Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ－Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ（ＥＶＤＯ）、Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ（ＨＳＰＡ）、Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ（ＨＳＤＰＡ）、ＩＥＥＥ ８０２．１１（Ｗｉ－Ｆｉ）、Ｗｉ－Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ、８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）、赤外線（ＩＲ）プロトコル、近距離通信（ＮＦＣ）プロトコル、Ｗｉｂｒｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈプロトコル、ワイヤレスｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ（ＵＳＢ）プロトコル、および／または任意の他のワイヤレスプロトコルなどの、種々のプロトコルのいずれかを使用してワイヤレス外部通信ネットワークを介して通信するように構成され得る。計算エンティティ１０は、ボーダーゲートウェイプロトコル（ＢＧＰ）、ダイナミックホストコンフィグレーションプロトコル（ＤＨＣＰ）、ドメイン名システム（ＤＮＳ）、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）、ハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ）、ＨＴＴＰ ｏｖｅｒ ＴＬＳ／ＳＳＬ／Ｓｅｃｕｒｅ、インターネットメッセージアクセスプロトコル（ＩＭＡＰ）、ネットワークタイムプロトコル（ＮＴＰ）、シンプルメール転送プロトコル（ＳＭＴＰ）、Ｔｅｌｎｅｔ、トランスポートレイヤセキュリティ（ＴＬＳ）、セキュアソケットレイヤ（ＳＳＬ）、インターネットプロトコル（ＩＰ）、送信制御プロトコル（ＴＣＰ）、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）、データグラム混雑制御プロトコル（ＤＣＣＰ）、ストリーム制御送信プロトコル（ＳＣＴＰ）、ハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ）などを使用して通信するための、そのようなプロトコルおよび規格を使用し得る。

これらの通信規格およびプロトコルを介して、計算エンティティ１０は、Ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／ｄａｔａ（ＵＳＳＤ）、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ）、マルチメディアメッセージングサービス（ＭＭＳ）、Ｄｕａｌ－Ｔｏｎｅ Ｍｕｌｔｉ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ（ＤＴＭＦ）、および／または加入者識別モジュールダイヤラ（ＳＩＭダイヤラ）などの概念を使用して、様々な他のエンティティと通信することができる。計算エンティティ１０はまた、そのファームウェア、ソフトウェア（たとえば、実行可能命令、アプリケーション、プログラムモジュールを含む）、およびオペレーティングシステムへの、たとえば変更、アドオン、および更新をダウンロードすることもできる。

計算エンティティ１０はまた、１つまたは複数のユーザ入力／出力インターフェース（たとえば、処理デバイスおよび／もしくは要素８０８に結合されたディスプレイ８１６および／またはスピーカー／スピーカードライバ、ならびに、処理デバイスおよび／もしくは要素８０８に結合されたタッチスクリーン、キーボード、マウス、および／またはマイクロフォン）を備えるユーザインターフェースデバイスを備え得る。たとえば、ユーザ出力インターフェースは、アプリケーション、ブラウザ、ユーザインターフェース、インターフェース、ダッシュボード、画面、ウェブページ、ページ、ならびに／または、情報／データの表示もしくは可聴の提示を引き起こすために、および１つまたは複数のユーザ入力インターフェースを介して計算エンティティ１０と対話するために、計算エンティティ１０で実行する、および／もしくは計算エンティティ１０を介してアクセス可能な、本明細書において交換可能に使用される類似の語を提供するように構成され得る。ユーザ入力インターフェースは、キーパッド８１８（ハードまたはソフト）、タッチディスプレイ、声／発話もしくはモーションインターフェース、スキャナ、リーダ、または他の入力デバイスなどの、計算エンティティ１０がデータを受信することを可能にするいくつかのデバイスのいずれかを備え得る。キーパッド８１８を含む実施形態では、キーパッド８１８は、従来の数字（０～９）および関連するキー（＃、＊）、ならびに計算エンティティ１０を動作させるために使用される他のキーを含むことができ（またはその表示を引き起こすことができ）、英数字キーの完全なセットまたは英数字キーの完全なセットを提供するように作動し得るキーのセットを含み得る。入力を提供することに加えて、ユーザ入力インターフェースは、たとえば、スクリーンセーバーおよび／またはスリープモードなどの何らかの機能を有効または無効にするために使用され得る。そのような入力を通じて、計算エンティティ１０は、情報／データ、ユーザ対話／入力などを収集することができる。

計算エンティティ１０はまた、揮発性ストレージもしくはメモリ８２２および／または不揮発性ストレージもしくはメモリ８２４を含んでもよく、これらは、埋め込まれていてもよく、および／または取り外し可能であってもよい。たとえば、不揮発性メモリは、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＭＣ、ＳＤメモリカード、メモリスティック、ＣＢＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＲＲＡＭ、ＳＯＮＯＳ、レーストラックメモリなどであり得る。揮発性メモリは、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＰＭ ＤＲＡＭ、ＥＤＯ ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＲＩＭＭ、ＤＩＭＭ、ＳＩＭＭ、ＶＲＡＭ、キャッシュメモリ、レジスタメモリなどであり得る。揮発性および不揮発性ストレージまたはメモリは、計算エンティティ１０の機能を実装するための、データベース、データベースインスタンス、データベース管理システムエンティティ、データ、アプリケーション、プログラム、プログラムモジュール、スクリプト、ソースコード、オブジェクトコード、バイトコード、コンパイルされたコード、解釈されたコード、マシンコード、実行可能命令などを記憶することができる。

結論
本明細書に記載される本発明の多くの改変および他の実施形態が、前述の説明および関連する図面において提示される教示の利益を受ける、本発明が関係する技術の当業者には想起されるだろう。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態に限定されるべきではなく、改変および他の実施形態が添付の特許請求の範囲に含まれることが意図されることが理解されるべきである。特定の用語が本明細書で利用されるが、それらは、限定を目的とするものではなく一般的な説明の意味で使用されるにすぎない。

１０ 計算エンティティ
２０ ワイヤレスネットワーク
３０ コントローラ
４０ 低温および／または真空チャンバー
５０ 極小物体閉じ込め装置
５５ 特定の領域
６４ 操作源
６６ ビーム経路
７０ 磁場生成器
１００ 量子コンピュータシステム
１１０ 量子コンピュータ
２１０ Ｓ多様体
２１５ 第１の操作信号
２１８ 偏光
２２０ Ｐ多様体
２２５ 第２の操作信号
２２８ 偏光
２３０ Ｄ多様体
３０５ 極小物体軸
３０８ 極小物体
３１０ 第１の成分
３１２ 第２の成分
３５０ 高周波ヌル
４１０ Ｓ多様体
４１２ 第１のクロック状態
４１４ 第２のクロック状態
４１６ ゼーマン状態
４２０ Ｐ多様体
４２５ 第２の操作信号
５０５ 極小物体軸
５０８ 極小物体
５１０ 第１の成分
５１２ 第２の成分
５５０ 高周波ヌル
７０５ 処理要素、処理デバイス
７１０ メモリ
７１５ ドライバコントローラ要素
７２０ 通信インターフェース
７２５ アナログデジタルコンバータ要素、Ａ／Ｄコンバータ
８０４ 送信機
８０６ 受信機
８０８ 処理デバイス
８１２ アンテナ
８１６ ディスプレイ
８１８ キーパッド
８２０ ネットワークインターフェース
８２２ 揮発性メモリ
８２４ 不揮発性メモリ

Claims (20)

1. 極小物体閉じ込め装置によって閉じ込められる極小物体を冷却するための方法であって、
   前記極小物体閉じ込め装置に関連するコントローラによって、前記極小物体閉じ込め装置の特定の領域に第１の操作信号を提供するように第１の操作源を制御するステップと、
   前記コントローラによって、前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域に第２の操作信号を提供するように第２の操作源を制御するステップとを備え、
   冷却されるべき前記極小物体が、前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域に配置され、
   前記第１の操作信号が、前記極小物体の第１の成分のＳ多様体とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけ前記Ｓ多様体と前記Ｐ多様体との間の前記遷移から離調しており、
   前記第２の操作信号が、前記極小物体の前記第１の成分の前記Ｐ多様体とＤ多様体との間の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけＰ多様体と前記Ｄ多様体との間の前記遷移から離調しており、
   前記第１および第２の離調が、前記Ｓ多様体と前記Ｄ多様体との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される、方法。
2. 前記極小物体が２つ以上のイオンを備えるイオン結晶であり、前記極小物体の前記第１の成分が、第１の極小物体タイプの前記２つ以上のイオンの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
3. 前記極小物体の前記第１の成分が、前記結晶のための共同冷却方式における冷却イオンとして使用するために構成される、請求項２に記載の方法。
4. 前記極小物体の第２の成分が、第２の極小物体タイプの前記２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、前記第２の極小物体タイプが前記第１の極小物体タイプと異なり、前記第２の極小物体タイプの前記２つ以上のイオンの前記少なくとも１つが、前記極小物体閉じ込め装置を備える量子コンピュータの量子ビットとして使用するために構成される、請求項２に記載の方法。
5. 前記第１の離調および前記第２の離調が実質的に等しい、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１の操作信号の偏光および前記第２の操作信号の偏光が、前記暗状態に関連する前記二光子遷移に対応する、請求項１に記載の方法。
7. 前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域においてある磁場方向を有する磁場の生成を引き起こすステップをさらに備え、前記極小物体閉じ込め装置の前記極小物体または前記特定の領域の１つが極小物体軸を定義し、前記磁場方向が前記極小物体軸に対して斜めである、請求項１に記載の方法。
8. 前記磁場方向および前記極小物体軸が、３０度から６０度の範囲の角度を形成する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の操作信号が、前記極小物体軸に対して斜めである第１の伝播方向を定義し、前記第２の操作信号は、前記極小物体軸に対して斜めである第２の伝播方向を定義する、請求項７に記載の方法。
10. 前記第１の操作信号および前記第２の操作信号が共伝播しておらず、前記磁場方向が前記第１の伝播方向および前記第２の伝播方向の両方に対して斜めである、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の伝播方向および前記第２の伝播方向の両方が前記磁場方向に対して実質的に垂直である、請求項１０に記載の方法。
12. （ａ）前記第１の操作信号の前記偏光が、前記極小物体閉じ込め装置によって定義される平面に対して実質的に斜めであり、（ｂ）前記第２の操作信号の前記偏光が、前記極小物体閉じ込め装置によって定義される前記平面に対して実質的に斜めであり、（ｃ）前記第１の伝播方向、前記第２の伝播方向、および前記磁場方向がそれぞれ、前記極小物体閉じ込め装置によって定義される前記平面に実質的に平行である、請求項９に記載の方法。
13. 少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータ実行可能命令を記憶するメモリとを備える装置であって、前記コンピュータ実行可能命令が、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記装置に、少なくとも、
    極小物体閉じ込め装置の特定の領域へ第１の操作信号を提供するように第１の操作源を制御させ、
    前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域へ第２の操作信号を提供するように第２の操作源を制御させるように構成され、
    極小物体が、前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域に配置され、
    前記第１の操作信号および前記第２の操作信号が、前記極小物体をまとめて冷却するように構成され、
    前記第１の操作信号が、前記極小物体の第１の成分のＳ多様体とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけ前記Ｓ多様体と前記Ｐ多様体との間の前記遷移から離調しており、
    前記第２の操作信号が、前記極小物体の前記第１の成分の前記Ｐ多様体とＤ多様体との間の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけＰ多様体と前記Ｄ多様体との間の前記遷移から離調しており、
    前記第１および第２の離調が、前記Ｓ多様体と前記Ｄ多様体との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される、装置。
14. （ａ）前記装置が、前記極小物体閉じ込め装置を含む量子コンピュータのコントローラであり、（ｂ）前記極小物体が２つ以上のイオンを備えるイオン結晶であり、前記極小物体の前記第１の成分が第１の極小物体タイプの前記２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、（ｃ）前記極小物体の前記第１の成分が、前記結晶のための共同冷却方式において冷却イオンとして使用するために構成される、請求項１３に記載の装置。
15. 前記極小物体の第２の成分が、第２の極小物体タイプの前記２つ以上のイオンの少なくとも１つであり、前記第２の極小物体タイプが前記第１の極小物体タイプと異なり、前記第２の極小物体タイプの前記２つ以上のイオンの前記少なくとも１つが、前記量子コンピュータの量子ビットとして使用するために構成される、請求項１４に記載の装置。
16. 前記第１の操作信号の偏光および前記第２の操作信号の偏光は、前記暗状態に関連する前記二光子遷移に対応する、請求項１３に記載の装置。
17. 前記コンピュータ実行可能命令はさらに、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記装置に、少なくとも、前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域においてある磁場方向を有する磁場の生成を引き起こさせるように構成され、前記極小物体閉じ込め装置の前記極小物体または前記特定の領域の１つが極小物体軸を定義し、前記磁場方向が前記極小物体軸に対して斜めである、請求項１３に記載の装置。
18. 前記第１の操作信号が、前記極小物体軸に対して斜めである第１の伝播方向を定義し、前記第２の操作信号が、前記極小物体軸に対して斜めである第２の伝播方向を定義する、請求項１７に記載の装置。
19. 前記第１の操作信号および前記第２の操作信号が共伝播しておらず、前記磁場方向が前記第１の伝播方向と前記第２の伝播方向の両方に対して斜めである、請求項１８に記載の装置。
20. システムであって、
    極小物体閉じ込め装置であって、前記極小物体閉じ込め装置の特定の領域に極小物体を閉じ込めるように構成される、極小物体閉じ込め装置と、
    前記システムのコントローラによって制御可能であり、前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域に第１の操作信号を提供するように構成される、第１の操作源と、
    前記システムの前記コントローラによって制御可能であり、前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域に第２の操作信号を提供するように構成される、第２の操作源と、
    少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータ実行可能命令を記憶するメモリとを備える、前記コントローラとを備え、前記コンピュータ実行可能命令が、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記コントローラに、少なくとも、
    前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域へ前記第１の操作信号を提供するように前記第１の操作源を制御させ、
    前記極小物体閉じ込め装置の前記特定の領域へ前記第２の操作信号を提供するように前記第２の操作源を制御させるように構成され、
    前記第１の操作信号および前記第２の操作信号が、前記極小物体をまとめて冷却するように構成され、
    前記第１の操作信号が、前記極小物体の第１の成分のＳ多様体とＰ多様体との間の遷移に対応する第１の波長によって特徴付けられ、第１の離調だけ前記Ｓ多様体と前記Ｐ多様体との間の前記遷移から離調しており、
    前記第２の操作信号が、前記極小物体の前記第１の成分の前記Ｐ多様体とＤ多様体との間の遷移に対応する第２の波長によって特徴付けられ、第２の離調だけＰ多様体と前記Ｄ多様体との間の前記遷移から離調しており、
    前記第１および第２の離調が、前記Ｓ多様体と前記Ｄ多様体との間の二光子遷移に関連する暗状態を確立するように選択される、システム。

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