JP7285862B2 - 量子計算のためのイオン鎖の効率的な冷却 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年6月29日に出願された「量子計算のためのイオン鎖の効率的な冷却」と題する米国仮特許出願第62/692,099号、および2019年6月24日に出願された「量子計算のためのイオン鎖の効率的な冷却」と題する米国特許出願第16/450,779号の優先権および利益を主張し、それらの全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
Claims (22)
- 複数のイオンを有するイオン鎖を冷却するための方法であって、
前記イオン鎖内の各イオンに対して側波帯冷却レーザビームを生成するステップと、
それぞれの前記側波帯冷却レーザビームを使用して、前記イオン鎖内のイオンに関連する2つ以上の運動モードを、前記2つ以上の運動モードのそれぞれが運動基底状態に達するまで、並行冷却するステップと、
前記2つ以上の運動モードが前記運動基底状態に達した後に、前記イオン鎖を使用して、量子計算を実行するステップと、
を含む、方法。 - 前記2つ以上の運動モードを並行冷却するステップは、
リポンプレーザビームを使用して、前記イオンを低エネルギー状態にリセットするステップと、
生成された前記側波帯冷却レーザビームとの運動依存レーザ相互作用を実行して、運動量子を前記イオンの前記低エネルギー状態から前記イオンの高エネルギー状態へ伝達するステップと、
前記イオンを再び前記低エネルギー状態にリセットするステップと、
からなるシーケンスをある回数繰り返すことを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記シーケンスを繰り返す前記回数は、前記2つ以上の運動モードの全てが前記運動基底状態に達することを保証する所定の回数である、請求項2に記載の方法。
- 前記リポンプレーザビームを使用して、前記イオンを低エネルギー状態にリセットするステップは、前記イオンの非同期リセットを実行するために、それぞれのリポンプレーザビームを使用して、前記イオンのそれぞれを低エネルギー状態にリセットするステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記2つ以上の運動モードの数は、前記イオン鎖内のイオンの数に比例する、請求項1に記載の方法。
- 前記2つ以上の運動モードのそれぞれは、対応する側波帯冷却レーザビームを使用して、側波帯冷却するために、前記イオン鎖内にそれぞれのイオンを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記2つ以上の運動モードが、前記イオン鎖に関する縦モードまたは軸モード、前記イオン鎖に関する横モードまたは半径方向モード、あるいはそれらの組合せを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記イオン鎖内の前記イオンは、2つ以上の種のイオンを含み、前記種のうちの1つは、共同冷却に使用され、
前記イオン鎖内の前記イオンに関連する前記2つ以上の運動モードの前記並行冷却は、共同冷却に使用される前記種の前記イオンを使用して実行され、
前記量子計算は、前記並行冷却が行われる間に、残りの前記種のうちの1つまたは複数で実行される、請求項1に記載の方法。 - 前記2つ以上の運動モードのうちの少なくとも1つは、2つ以上のイオンおよび前記側波帯冷却レーザビームのうちの2つ以上を使用して、側波帯冷却される、請求項1に記載の方法。
- 複数のイオンを有するイオン鎖を冷却するための量子情報処理(QIP)システムであって、
前記イオン鎖内の各イオンに対して側波帯冷却レーザビームを生成するように構成された1つまたは複数の光源と、
それぞれの前記側波帯冷却レーザビームを使用して前記イオン鎖内の前記イオンに関連する2つ以上の運動モードを、前記2つ以上の運動モードのそれぞれが運動基底状態に達するまで、並行冷却するように構成されたビームコントローラと、
前記2つ以上の運動モードが前記運動基底状態に達した後に、前記イオン鎖を使用して、量子計算を実行するように構成されたアルゴリズム部品と、
を含む、QIPシステム。 - 前記ビームコントローラは、前記2つ以上の運動モードを並行冷却するように構成され、さらに、
リポンプレーザビームを使用して、前記イオンを低エネルギー状態にリセットするステップと、
生成された前記側波帯冷却レーザビームとの運動依存レーザ相互作用を実行して、運動量子を前記イオンの前記低エネルギー状態から前記イオンの高エネルギー状態へ伝達するステップと、
前記イオンを再び前記低エネルギー状態にリセットするステップと、
からなるシーケンスをある回数繰り返すように構成される、請求項10に記載のQIPシステム。 - 前記シーケンスを繰り返す前記回数は、前記2つ以上の運動モードの全てが前記運動基底状態に達することを保証する所定の回数である、請求項11に記載のQIPシステム。
- 前記リポンプレーザビームを使用して、前記イオンを低エネルギー状態にリセットするステップは、前記イオンの非同期リセットを実行するために、それぞれのリポンプレーザビームを使用して、前記イオンのそれぞれを低エネルギー状態にリセットするステップを含む、請求項11に記載のQIPシステム。
- 前記2つ以上の運動モードの数は、前記イオン鎖内のイオンの数に比例する、請求項10に記載のQIPシステム。
- 前記2つ以上の運動モードのそれぞれは、対応する側波帯冷却レーザビームを使用して、側波帯冷却するために、前記イオン鎖内にそれぞれのイオンを有する、請求項10に記載のQIPシステム。
- 前記2つ以上の運動モードが、前記イオン鎖に関する縦モードまたは軸モード、前記イオン鎖に関する横モードまたは半径方向モード、あるいはそれらの組合せを含む、請求項10に記載のQIPシステム。
- 前記イオン鎖内の前記イオンは、2つ以上の種のイオンを含み、前記種のうちの1つは、共同冷却に使用され、
前記ビームコントローラは、共同冷却に使用される前記種の前記イオンを使用することによって、前記イオン鎖内の前記イオンに関連する前記2つ以上の運動モードを並行冷却するように構成され、
前記アルゴリズム部品は、前記並行冷却が行われる間に、残りの前記種のうちの1つまたは複数を用いて、前記量子計算を実行するように構成される、
請求項10に記載のQIPシステム。 - 前記2つ以上の運動モードのうちの少なくとも1つは、2つ以上のイオンおよび前記側波帯冷却レーザビームのうちの2つ以上を使用して側波帯冷却される、請求項10に記載のQIPシステム。
- 複数のイオンを有するイオン鎖を冷却するための量子情報処理(QIP)装置であって、
前記イオン鎖内の各イオンに対して側波帯冷却レーザビームを生成するための手段と、
それぞれの前記側波帯冷却レーザビームを使用して、前記イオン鎖内の前記イオンに関連する2つ以上の運動モードを、前記2つ以上の運動モードのそれぞれが運動基底状態に達するまで、並行冷却するための手段と、
前記2つ以上の運動モードが前記運動基底状態に達した後に、前記イオン鎖を使用して、量子計算を実行するための手段と、
を含む、QIP装置。 - 前記イオン鎖内の前記イオンは、2つ以上の種のイオンを含み、前記種のうちの1つは、共同冷却に使用され、
前記イオン鎖内の前記イオンに関連する前記2つ以上の運動モードの前記並行冷却は、共同冷却に使用される前記種の前記イオンを使用して実行され、
前記量子計算は、前記並行冷却が行われる間に、残りの前記種のうちの1つまたは複数で実行される、
請求項19に記載のQIP装置。 - 複数のイオンを有するイオン鎖を冷却するために、プロセッサによって実行可能な命令を有するコードを記憶するコンピュータ可読記憶媒体であって、
前記イオン鎖内の各イオンに対して側波帯冷却レーザビームを生成するためのコードと、
それぞれの前記側波帯冷却レーザビームを使用して、前記イオン鎖内の前記イオンに関連する2つ以上の運動モードを、前記2つ以上の運動モードのそれぞれが運動基底状態に達するまで、並行冷却するためのコードと、
前記2つ以上の運動モードが前記運動基底状態に達した後に、前記イオン鎖を使用して、量子計算を実行するためのコードと、
を含む、コンピュータ可読記憶媒体。 - 前記イオン鎖内の前記イオンは、2つ以上の種のイオンを含み、前記種のうちの1つは、共同冷却に使用され、
前記イオン鎖内の前記イオンに関連する前記2つ以上の運動モードの前記並行冷却は、共同冷却に使用される前記種の前記イオンを使用して実行され、
前記量子計算は、前記並行冷却が行われる間に、残りの前記種のうちの1つまたは複数で実行される、
請求項21に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
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