KR20210078407A - 이온 트랩들을 위한 장치들, 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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KR20210078407A
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스투츠 러셀
리 패트리샤
개블러 존
랭거 크리스토퍼
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Abstract

이온 트랩 장치가 제공된다. 이온 트랩 장치는 실질적으로 평행한 종축들을 갖고 실질적으로 동일 평면 상의 상부 표면들을 갖도록 형성된 2개 이상의 무선 주파수(RF) 레일들; 및 포획 및/또는 수송(TT) 전극들의 2개 이상의 시퀀스들을 포함하며, 각각의 시퀀스는 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행하게 연장되도록 형성된다. 2개 이상의 RF 레일들 및 TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들은 이온 트랩을 정의한다. TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들은 다수의 구역들로 배열된다. 각각의 구역은 TT 전극들의 넓은 매칭된 그룹들 및 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹을 포함한다. 넓은 TT 전극은 좁은 TT 전극보다 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행한 방향에서 더 길고/길거나 더 넓다.

Description

이온 트랩들을 위한 장치들, 시스템들 및 방법들{APPARATUSES, SYSTEMS, AND METHODS FOR ION TRAPS}
다양한 실시예들은 이온 트랩(ion trap)들을 위한 장치들, 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
이온 트랩은 포텐셜 웰(potential well) 내에 하나 이상의 이온을 캡처하기 위해 전기장과 자기장의 조합을 사용할 수 있다. 이온들은 예를 들어 질량 분광분석, 연구, 및/또는 양자 상태들의 제어를 포함할 수 있는 다수의 목적을 위해 포획될 수 있다. 적용된 노력, 독창성 및 혁신을 통해, 그러한 종래의 이온 트랩들의 많은 결점들이, 그의 많은 예가 본 명세서에 상세히 설명된, 본 발명의 실시예들에 따라 구조화된 해결책을 개발함으로써 해결되었다.
예시적인 실시예들은 이온 트랩 장치들, 이온 트랩 장치들을 포함하는 양자 컴퓨터들, 이온 트랩 장치들을 포함하는 양자 컴퓨터 시스템들 등을 제공한다.
예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치가 제공된다. 이온 트랩 장치는 실질적으로 평행한 종축들을 갖고 실질적으로 동일 평면 상의 상부 표면들을 갖도록 형성된 2개 이상의 무선 주파수(RF) 레일들; 및 포획 및/또는 수송(TT) 전극들의 2개 이상의 시퀀스들을 포함하며, 각각의 시퀀스는 2개 이상의 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행하게 연장되도록 형성된다. 2개 이상의 RF 레일들 및 TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들은 이온 트랩을 정의한다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩은 표면 평면 이온 트랩이다. TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들은 다수의 구역들로 배열된다. 각각의 구역은 TT 전극들의 넓은 매칭된 그룹들 및 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹을 포함한다. TT 전극들의 넓은 매칭된 그룹들 중 하나의 그룹 중의 넓은 TT 전극은 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹 중의 좁은 TT 전극보다 2개 이상의 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행한 방향에서 더 길고/길거나 더 넓다.
예시적인 실시예에서, 각각의 구역은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들을 포함하고, TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들의 넓은 매칭된 그룹들 중의 각각의 넓은 TT 전극은 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행한 방향에서 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹 중의 좁은 TT 전극보다 적어도 대략 2배만큼 넓다. 예시적인 실시예에서, (a) 다수의 구역은 적어도 하나의 액션 구역(action zone) 및 적어도 하나의 중간 구역(intermediary zone)을 포함하고, (b) 적어도 하나의 액션 구역은 적어도 하나의 액션 구역 내의 적어도 하나의 이온에 대해 수행될 액션을 위해 구성되고, (c) 적어도 하나의 중간 구역은 중간 구역 내의 적어도 하나의 이온을 안정화하고/하거나 중간 구역의 적어도 일부를 통한 적어도 하나의 이온의 수송을 가능하게 하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션은 (a) 이온 트랩 내의 적어도 2개의 이온과 상호 작용하는 것 또는 (b) 조작 소스로 이온 트랩 내의 적어도 하나의 이온에 작용하는 것 중 적어도 하나를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 조작 소스는 적어도 하나의 레이저 빔 또는 적어도 하나의 마이크로파 장(microwave field) 중 하나이다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션 구역은 적어도 하나의 액션 구역 내의 이온에 대해 수행되는 양자 논리 게이트를 갖도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션 구역은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들 사이에 배치된 TT 전극들의 3개의 좁은 매칭된 그룹들을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션 구역은 적어도 하나의 액션 구역 내에서 단일 웰 포텐셜(single well potential)로부터 다중 웰 포텐셜(multiple well potential)로 조정될 수 있는 전기 포텐셜을 생성하도록 구성된 TT 전극들의 복수의 좁은 매칭된 그룹들을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 중간 구역은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들 사이에 배치된 TT 전극들의 하나의 좁은 매칭된 그룹을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션 구역은 적어도 2개의 액션 구역들을 포함하고, 적어도 하나의 중간 구역은 적어도 2개의 액션 구역들 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 복수의 구역들은 적어도 하나의 저장 구역을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 저장 구역은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들 사이에 배치된 TT 전극들의 적어도 3개의 좁은 매칭된 그룹들을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치는 이온들을 이온 트랩 내에 로딩하도록 구성된 로딩 구역을 추가로 포함한다. 예시적인 실시예에서, (a) 2개 이상의 RF 레일들은 TT 전극들의 제1 및 제3 시퀀스 사이에 배치되고, (b) 2개 이상의 RF 레일들은 적어도 하나의 종방향 갭(gap)을 형성하고, (c) TT 전극들의 제2 시퀀스는 종방향 갭 내에/종방향 갭을 따라 배치된다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들의 시퀀스들 중 2개 이상은 이온 트랩 내의 이온이 감금 영역의 적어도 일부를 따라 수송되게 하도록 동작되도록 구성되며, 감금 영역은 2개 이상의 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행하게 연장된다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치는 복수의 TT 리드(lead)들을 추가로 포함하며, 각각의 TT 리드는 TT 전극들의 시퀀스들 중 2개 이상의 시퀀스들 중의 단지 하나의 TT 전극과 전기 통신한다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치는 다수의 TT 전극 드라이버들을 추가로 포함하거나 그들과 전기 통신하며, 각각의 TT 전극 드라이버는 대응하는 TT 리드를 통해 하나의 TT 전극과 전기 통신한다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들 중의 각각의 TT 전극은 독립적으로 동작된다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들의 다수의 시퀀스들 중의 각각의 TT 전극은 대략 -20 볼트 내지 +20 볼트의 범위의 TT 전압으로 바이어스되도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치는 포획 이온 양자 컴퓨터의 일부이다.
예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치가 제공된다. 이온 트랩 장치는 실질적으로 평행한 종축들을 갖도록 형성된 2개 이상의 무선 주파수(RF) 레일들; 및 포획 및/또는 수송(TT) 전극들의 2개 이상의 시퀀스들을 포함하며, 각각의 시퀀스는 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행하게 연장되도록 형성된다. 2개 이상의 RF 레일들 및 TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들은 이온 트랩을 정의한다. TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들은 복수의 구역들로 배열된다. 복수의 구역들은 적어도 하나의 액션 구역 및 적어도 하나의 중간 구역을 포함한다. 적어도 하나의 액션 구역은 적어도 하나의 액션 구역 내의 적어도 하나의 이온에 대해 수행될 액션을 위해 구성된다. 적어도 하나의 중간 구역은 중간 구역 내의 적어도 하나의 이온을 안정화하는 것 및 중간 구역의 적어도 일부를 통한 적어도 하나의 이온의 수송을 가능하게 하는 것을 포함한 다수의 기능들을 수행하도록 구성된다.
예시적인 실시예에서, 각각의 구역은 TT 전극들의 2개 이상의 넓은 매칭된 그룹들 및 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹을 포함하며, TT 전극들의 매칭된 그룹들 중 하나의 그룹 중의 넓은 TT 전극은 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹 중의 좁은 TT 전극보다 2개 이상의 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행한 방향에서 더 길고/길거나 더 넓다. 예시적인 실시예에서, 각각의 구역은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들을 포함하고, TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들의 넓은 매칭된 그룹들 중의 각각의 넓은 TT 전극은 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행한 방향에서 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹 중의 좁은 TT 전극보다 적어도 대략 2배만큼 넓다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션은 (a) 이온 트랩 내의 적어도 2개의 이온과 상호 작용하는 것 또는 (b) 조작 소스로 이온 트랩 내의 적어도 하나의 이온에 작용하는 것 중 적어도 하나를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 조작 소스는 적어도 하나의 레이저 빔 또는 적어도 하나의 마이크로파 장 중 하나이다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션 구역은 적어도 하나의 액션 구역 내의 이온에 대해 수행되는 양자 논리 게이트를 갖도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션 구역은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들 사이에 배치된 TT 전극들의 3개의 좁은 매칭된 그룹들을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션 구역은 적어도 하나의 액션 구역 내에서 단일 웰 포텐셜로부터 다중 웰 포텐셜로 조정될 수 있는 전기 포텐셜을 생성하도록 구성된 TT 전극들의 복수의 좁은 매칭된 그룹들을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 중간 구역은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들 사이에 배치된 TT 전극들의 하나의 좁은 매칭된 그룹을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 액션 구역은 적어도 2개의 액션 구역들을 포함하고, 적어도 하나의 중간 구역은 적어도 2개의 액션 구역들 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 복수의 구역들은 적어도 하나의 저장 구역을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 저장 구역은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹들 사이에 배치된 TT 전극들의 적어도 3개의 좁은 매칭된 그룹들을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치는 이온들을 이온 트랩 내에 로딩하도록 구성된 로딩 구역을 추가로 포함한다. 예시적인 실시예에서, (a) 2개 이상의 RF 레일들은 TT 전극들의 제1 및 제3 시퀀스 사이에 배치되고, (b) 2개 이상의 RF 레일들은 적어도 하나의 종방향 갭을 형성하고, (c) TT 전극들의 제2 시퀀스는 종방향 갭 내에/종방향 갭을 따라 배치된다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들의 시퀀스들 중 2개 이상은 이온 트랩 내의 이온이 감금 영역의 적어도 일부를 따라 수송되게 하도록 동작되도록 구성되며, 감금 영역은 2개 이상의 RF 레일들의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행하게 연장된다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치는 복수의 TT 리드들을 추가로 포함하며, 각각의 TT 리드는 TT 전극들의 시퀀스들 중 2개 이상의 시퀀스들 중의 단지 하나의 TT 전극과 전기 통신한다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치는 다수의 TT 전극 드라이버들을 추가로 포함하거나 그들과 전기 통신하며, 각각의 TT 전극 드라이버는 대응하는 TT 리드를 통해 하나의 TT 전극과 전기 통신한다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들 중의 각각의 TT 전극은 독립적으로 동작된다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들의 다수의 시퀀스들 중의 각각의 TT 전극은 대략 -20 볼트 내지 +20 볼트의 범위의 TT 전압으로 바이어스되도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩 장치는 포획 이온 양자 컴퓨터의 일부이다.
이와 같이 본 발명을 일반적인 용어로 기술하였고, 이제 첨부 도면에 대한 참조가 이루어질 것이며, 첨부 도면은 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아니다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 표면 이온 트랩 장치 및/또는 패키지의 사시도를 제공한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 이온 트랩 장치를 포함하는 양자 컴퓨터의 개략도를 제공한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 아키텍처를 갖는 이온 트랩의 일부의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 이온 트랩의 일부를 예시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른, 다른 예시적인 아키텍처를 갖는 다른 이온 트랩의 일부의 평면도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른, 이온 트랩 장치를 포함하는 양자 컴퓨터의 예시적인 제어기의 개략도를 제공한다.
도 7은 예시적인 실시예에 따라 사용될 수 있는 양자 컴퓨터 시스템의 예시적인 컴퓨팅 엔티티의 개략도를 제공한다.
이제 본 발명이 첨부 도면을 참조하여 이하에 보다 완전히 기술될 것이며, 첨부 도면에 본 발명의, 모두는 아니지만, 일부 실시예가 도시되어 있다. 실제로, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있고 본 명세서에 기재된 실시예들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 하며; 오히려, 이들 실시예는 본 개시가 적용 가능한 법적 요건을 충족시키도록 제공된다. 용어 "또는"("/"으로도 표시됨)은, 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에서 대안적인 의미 및 연결적인 의미 둘 모두로 사용된다. 용어 "예증적인" 및 "예시적인"은 품질 레벨의 표시를 갖지 않는 예이도록 사용된다. 용어 "일반적으로" 및 "대략"은, 달리 지시되지 않는 한, 엔지니어링 및/또는 제조 한계 이내 그리고/또는 사용자 측정 능력 이내를 지칭한다. 동일한 번호들은 전반에 걸쳐 동일한 요소들을 지시한다.
예시적인 이온 트랩 장치
도 1은 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)의 예시적인 실시예의 사시도를 제공한다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)는 이온 트랩 칩(108)을 포함하며, 이 이온 트랩 칩은 그에 의해 그리고/또는 그 위에 정의된 이온 트랩 이온 트랩(110)을 갖는다. 도 3 내지 도 5는 몇몇 예시적인 이온 트랩들(110)의, 평면도로부터의, 적어도 부분들을 예시한다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은 표면 이온 트랩이다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)는 이온 트랩 칩(108)을 포함하며, 이 이온 트랩 칩은 그에 의해 그리고/또는 다수의 무선 주파수(RF) 레일(112)(예를 들어, 112A, 112B)에 의해 적어도 부분적으로 그 위에 정의된 이온 트랩(110)을 갖는다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)는 TT 전극들(114)(예를 들어, 114A, 114B, 114C)의 다수의 시퀀스에 의해 적어도 부분적으로 정의된 이온 트랩(110)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩(110)은 대칭 RF 레일들을 갖는 표면 폴 트랩(surface Paul trap)이다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)의 상부 표면은 평탄화된 토폴로지를 갖는다. 예를 들어, 다수의 RF 레일(112) 중의 각각의 RF 레일(112)의 상부 표면과, TT 전극들(114)의 다수의 시퀀스 중의 각각의 TT 전극(116(예를 들어, 116A, 116B, 116C), 118(예를 들어, 118A, 118B, 118C))의 상부 표면은 실질적으로 동일 평면 상에 있을 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, RF 레일들(112) 및 TT 전극들(116, 118)의 (예를 들어, z 방향에서의) 두께는 대략 동일하다. 예시적인 실시예에서, RF 레일들(112) 및/또는 TT 전극들(116, 118)의 두께는 대략 0.1 - 20 μm의 범위이다. 예를 들어, RF 레일들(112) 및/또는 TT 전극들(116, 118)의 두께는 대략 0.1 - 20 μm의 범위이다. 예시적인 실시예에서, 전극들(114A, 114C)의 제1 및 제3 시퀀스들의 두께는 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있는 RF 레일들(112) 및 전극들(114B)의 제2 시퀀스의 두께보다 크다.
다양한 실시예들에서, RF 레일들(112) 및/또는 TT 전극들(116, 118)의 (예를 들어, x 방향에서의) 높이는 대략 40 μm 내지 500 μm의 범위이다. 예시적인 실시예에서, RF 레일들(112) 및 전극들(114A, 114B, 114C)의 제1, 제2 및 제3 시퀀스들의 높이는 대략 동일하다. 예시적인 실시예에서, 전극들(114A)의 제1 시퀀스의 높이와 전극들(114C)의 제3 시퀀스의 높이는 대략 동일하다. 예시적인 실시예에서, 전극들(114B)의 제2 시퀀스의 높이는 전극들(114A, 114C)의 제1 및/또는 제3 시퀀스의 높이보다 작을 수 있다. 예시적인 실시예에서, RF 레일들(112)의 높이는 대략 동일하다.
다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은 다수의 RF 레일(112)에 의해 적어도 부분적으로 정의된다. RF 레일들(112)은 실질적으로 평행한 종축들(111)(예를 들어, 111A, 111B) 및 실질적으로 동일 평면 상의 상부 표면들을 갖도록 형성된다. 예를 들어, RF 레일들(112)은 RF 레일들(112) 사이의 거리가 RF 레일들(112)의 길이를 따라 대략 일정하도록 실질적으로 평행하다(예를 들어, RF 레일의 길이는 RF 레일의 종축들(111)을 따른다). 예를 들어, RF 레일들(112)의 상부 표면들은 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)의 상부 표면과 실질적으로 동일 평면일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 다수의 RF 레일(112)은 2개의 RF 레일(112)(예를 들어, 112A, 112B)을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은 RF 레일들(112)의 복수의 집단(number)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이온 트랩(110)은 RF 레일들(112)의 다수의 집단들(예를 들어, 쌍들 및/또는 세트들)을 포함하는 2차원 이온 트랩일 수 있으며, RF 레일들(112)의 각각의 집단(예를 들어, 쌍 및/또는 세트)은 실질적으로 평행한 종축들(111)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, RF 레일들(112)의 제1 집단은 서로 실질적으로 평행한 종축들(111)을 갖고, RF 레일들(112)의 제2 집단은 서로 실질적으로 평행한 종축들(111)을 갖고, RF 레일들의 제1 집단의 종축들과 RF 레일들의 제2 집단의 종축들은 실질적으로 비-평행이다(예를 들어, 가로지른다). 도 1은 2개의 RF 레일(112)을 예시하지만, 다른 실시예들은 다양한 구성들에서 추가적인 RF 레일들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, RF 레일들의 높이(예를 들어, x 방향에서의 RF 레일들의 치수) 및/또는 RF 레일들의 두께(예를 들어, z 방향에서의 RF 레일들의 치수)는 특정 응용들에 적합한 바에 따라 변경될 수 있다. 도 1 및 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, x 축은 (예를 들어, 이온 트랩의 종방향에 수직/직각이고 표면 이온 트랩(110)의 평면에 있는) 이온 트랩(110)의 횡방향에 대응하고, y 축은 이온 트랩(110)의 종방향에 대응하고, z 축은 이온 트랩의 상부 표면에 대한 수직 방향에 대응한다. 예를 들어, 다수의 RF 레일(112)의 종축들(111)은 y 축에 실질적으로 평행하다.
도 1에 예시된 바와 같이, 다양한 실시예들에서, 다수의 RF 레일(112)이 기판(130)의 상부 표면 위에 제조될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 다른 재료들(예를 들어, 유전체들, 절연체들, 차폐물들 등)이 기판(130)과 기판(130)의 상부 표면 위에 제조된 컴포넌트들(예를 들어, RF 레일들(112), TT 전극들(114)의 시퀀스들) 사이에 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, RF 레일들(112) 각각은 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한) 실질적으로 평행한 종축들(111)을 갖도록 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들(예를 들어, 2차원 이온 트랩 실시예들)에서 언급된 바와 같이, RF 레일들(112)의 제1 세트는 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한) 실질적으로 평행한 축들을 갖도록 형성될 수 있고, RF 레일들(112)의 제2 세트는 RF 레일들(112)의 제1 세트 중의 각각의 RF 레일의 종축에 대해 실질적으로 비-평행한(예를 들어, 가로지르는) (예를 들어, x 축에 실질적으로 평행한) 실질적으로 평행한 축들을 갖도록 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, RF 레일들(112) 각각은 (예를 들어, x-y 평면에 실질적으로 평행한 평면을 정의하는) 실질적으로 동일 평면 상의 상부 표면들을 갖도록 형성된다.
다양한 실시예들에서, 2개의 인접한 RF 레일(112)은 종방향 갭(105)에 의해 서로 분리(예를 들어, 절연)될 수 있다. 예를 들어, 종방향 갭은 이온 트랩(110)의 감금 채널 또는 영역을 (1차원 또는 2차원으로) 정의할 수 있으며, 여기서 하나 이상의 이온이 트랩 내의 다양한 위치들에서 포획될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 그에 의해 정의된 종방향 갭(105)은 인접한 RF 레일들(112)의 종축들(111)에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 예를 들어, 종방향 갭(105)은 y 축에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 종방향 갭(105)은 절연 재료(예컨대, 유전체 재료)로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 유전체 재료는 이산화규소(예를 들어, 열 산화를 통해 형성됨) 및/또는 다른 유전체 및/또는 절연 재료일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 종방향 갭(105)은 대략 40 μm 내지 500 μm의 (예를 들어, x 방향에서의) 높이를 갖는다. 다양한 실시예들에서, TT 전극들(114)의 하나 이상의 시퀀스(예를 들어, TT 전극들(114B)의 제2 시퀀스)가 종방향 갭(105) 내에 배치되고/되거나 형성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 전극들(114)의 하나 이상의 시퀀스의 이웃하는 그리고/또는 인접한 전극들(116, 118) 사이에 횡방향 갭이 존재할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 횡방향 갭은 빈 공간이고/이거나 이웃하는 그리고/또는 인접한 전극들 사이의 전기 통신을 방지하기 위해 유전체 재료로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 이웃하는 그리고/또는 인접한 전극들 사이의 횡방향 갭은 대략 1 - 10 μm의 범위일 수 있다.
예시적인 실시예에서, TT 전극들(114)의 시퀀스와 이웃하는 그리고/또는 인접한 RF 레일(112) 사이에 종방향 갭이 존재한다. 예시적인 실시예에서, 종방향 갭은 전극들(114)의 시퀀스 중의 TT 전극들(116, 118)과 RF 레일(112) 사이의 전기 통신을 방지하기 위해 유전체 및/또는 절연 재료로 적어도 부분적으로 충전될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 이웃하는 그리고/또는 인접한 전극들 사이의 종방향 갭은 대략 1 - 10 μm의 범위일 수 있다.
다양한 실시예들에서, RF 레일들(112)은 적절한 신호의 전도 및/또는 송신에 적합한 바에 따라 선택된 전도성 재료(예를 들어, 구리, 은, 금 등) 또는 2개 이상의 전도성 재료의 합금들로부터 제조될 수 있다. 다양한 실시예들에서, RF 레일(112)은 예를 들어 대략 0.1 내지 10 μm의 (z 방향에서의) 단면 두께를 갖도록 구리로부터 제조될 수 있다. 다양한 실시예들에서, RF 레일(112)은 대략 50 μm 내지 대략 350 μm의 범위의 (x 방향에서의) 단면 높이로 제조될 수 있다. 예시적인 실시예에서, (예를 들어, xz 평면에서의) RF 레일들의 단면적은 RF 주파수(예를 들어, 약 3 ㎐ 내지 0.3 ㎓)로 발진하는 전류(예를 들어, 약 0.01 A 내지 약 10.0 A)를 전도하기에 적절한 바에 따라 결정된다.
다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은 TT 전극들(114)의 다수의 시퀀스(예를 들어, TT 전극들(114A)의 제1 시퀀스, 전극들(114B)의 제2 시퀀스, TT 전극들(114C)의 제3 시퀀스)에 의해 적어도 부분적으로 정의될 수 있다. TT 전극들(114)의 각각의 시퀀스는 RF 레일들(112)의 실질적으로 평행한 종축들(111)에 실질적으로 평행하게 연장되도록 형성된다. 예를 들어, TT 전극들(114)의 다수의 시퀀스는 도 1에 도시된 바와 같이 y 축에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 다양한 실시예들에서, TT 전극들(114)의 다수의 시퀀스는 TT 전극들(114)의 2개, 3개, 4개, 및/또는 다른 수의 시퀀스를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩(110)은 TT 전극들(114)의 시퀀스들의 복수의 집단을 포함한다. 예를 들어, 이온 트랩(110)은 RF 레일들(112)의 대응하는 집단의 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행하게 각각 연장되는 TT 전극들(114)의 시퀀스들의 다수의 집단들을 포함하는 2차원 이온 트랩일 수 있다. 예시적인 실시예에서, TT 전극들(114)의 시퀀스들의 제1 집단은 RF 레일들(112)의 제1 집단의 실질적으로 평행한 종축들(111)에 실질적으로 평행하게 연장되고, TT 전극들(114)의 시퀀스들의 제2 집단은 RF 레일들(112)의 제2 집단의 실질적으로 평행한 종축들(111)에 실질적으로 평행하게 연장되고, RF 레일들의 제1 집단의 종축들과 RF 레일들의 제2 집단의 종축들은 실질적으로 비-평행이다(예를 들어, 가로지른다). 몇몇 실시예들에서, TT 전극들(114)의 다수의 시퀀스들 중의 TT 전극들(116, 118) 각각은 RF 레일들(112)의 상부 표면들과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 실질적으로 동일 평면 상의 상부 표면들을 갖도록 형성될 수 있다.
(예를 들어, 도 3 내지 도 5에 예시된 바와 같은) 예시적인 실시예에서, 다수(예를 들어, 한 쌍)의 RF 레일들(112)이 TT 전극들(114A)의 제1 시퀀스와 TT 전극들(114C)의 제3 시퀀스 사이에 형성될 수 있으며, TT 전극들(114B)의 제2 시퀀스가 RF 레일들(112) 사이에서 종방향 채널(105)을 따라 연장된다. 예를 들어, TT 전극들(114)의 각각의 시퀀스는 RF 레일들의 종축들(111)에 실질적으로 평행한 방향으로(예를 들어, y 방향으로) 연장될 수 있다. 다양한 실시예들에서, TT 전극들(114)의 시퀀스들의 상부 표면들은 RF 레일들(112)의 상부 표면들과 실질적으로 동일 평면 상에 있다. 다시 말해서, RF 레일들(112) 및 TT 전극들(116, 118)은 (예를 들어, z 방향에서의) 실질적으로 동일한 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전극들(114A, 114B)의 제1 및 제2 시퀀스들은 실질적으로 동일한 두께 및/또는 높이를 가질 수 있는 RF 레일들(112) 및 전극들(114C)의 제3 시퀀스보다 큰 두께(z 치수) 및/또는 높이(x 치수)를 가질 수 있다.
다양한 실시예들에서, TT 전극들(114)의 다수의 시퀀스는 복수의 매칭된 TT 전극으로서 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, TT 전극들(114A)의 제1 시퀀스는 제1 TT 전극(예를 들어, 116A, 118A)을 포함할 수 있고, TT 전극들(114B)의 제2 시퀀스는 제2 TT 전극(예를 들어, 116B, 118B)을 포함할 수 있고, TT 전극들(114C)의 제3 시퀀스는 제3 TT 전극(예를 들어, 116C, 118C)을 포함할 수 있다. 제1 TT 전극(116A, 118A), 제2 TT 전극(116B, 118B), 및 제3 TT 전극(116C, 118C)은 TT 전극들(140)의 매칭된 그룹일 수 있다(예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은, 140W, 140N). 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 TT 전극들(116A, 116B, 116C 또는 118A, 118B, 118C)은 대응하는 RF 레일들(112)의 실질적으로 평행한 종축들(111)에 실질적으로 수직인 라인을 따라 동일 선 상에 있을 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 TT 전극들(116A, 116B, 116C 또는 118A, 118B, 118C)은 x 축에 실질적으로 평행한 라인을 따라 동일 선 상에 있을 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 TT 전극들(116A, 116B, 116C 또는 118A, 118B, 118C)은 (예를 들어, y 방향에서의) 동일한 폭을 가질 수 있고, 이온 트랩(110)의 종방향으로(예를 들어, y 방향으로) 정렬될 수 있다(예를 들어, 동일한 전방 에지 및/또는 후방 에지에 위치될 수 있다). 예를 들어, TT 전극들(114)의 시퀀스는 이온 트랩(110)의 종방향(예를 들어, y 축)으로 정렬된 복수의 TT 전극(116, 118)을 포함한다. TT 전극들(140)의 매칭된 그룹은 이온 트랩(110)의 종방향에 대해 가로지르고/가로지르거나 그에 수직인 방향으로 정렬된 복수의 TT 전극(116A, 116B, 116C 또는 118A, 118B, 118C)을 포함한다. 예를 들어, TT 전극들(140)의 매칭된 그룹은 x 방향으로 정렬된 복수의 TT 전극(116, 118)을 포함한다.
다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은 복수의 넓은 TT 전극(116) 및 복수의 좁은 TT 전극(118)을 포함한다. 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다, 이온 트랩(110)의 종방향에 실질적으로 평행한(예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한) 차원에서, 더 길고/길거나 더 넓다. 예시적인 실시예에서, 이온 트랩(110)의 각각의 넓은 TT 전극(116)은 이온 트랩(110)의 종방향(예를 들어, y 방향)에 실질적으로 평행한 방향에서 대략 제1 폭(W1)을 갖고, 이온 트랩(110)의 각각의 좁은 TT 전극(118)은 이온 트랩(110)의 종방향에 실질적으로 평행한 방향에서 대략 제2 폭(W2)을 가지며, 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)보다 더 길고/길거나 더 넓다. 다양한 실시예들에서, 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)의 대략 적어도 2배이다. 예시적인 실시예에서, 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)의 대략 2배 내지 대략 6배이다. 예시적인 실시예에서, 제1 폭(W1)은 제2 폭(W2)의 대략 3배 내지 대략 5배이다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은, 응용에 적절한 바에 따라, 제1 폭보다 더 길고/길거나 더 넓거나, 제1 폭과 제2 폭 사이이거나, 제2 폭보다 더 좁은 (y 방향으로도 알려진, 이온 트랩(110)의 종방향에 실질적으로 평행한 방향에서의) 폭을 갖는 TT 전극들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 폭(W1)은 대략 100 내지 300 μm의 범위이다. 예시적인 실시예에서, 제2 폭(W2)은 대략 25 내지 150 μm의 범위이다.
다양한 실시예들에서, TT 전극들(114)의 시퀀스는 넓은 TT 전극들(116) 및 좁은 TT 전극들(118) 둘 모두를 포함한다. 다양한 실시예들에서, TT 전극들의 매칭된 그룹은 단지 넓은 TT 전극들(116)(예를 들어, TT 전극들의 넓은 매칭된 그룹들(140W))만으로 또는 단지 좁은 TT 전극들(118)(예를 들어, TT 전극들의 좁은 매칭된 그룹들(140N))만으로 이루어진다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, TT 전극들(140)의 매칭된 그룹은 넓은 TT 전극들(116) 및 좁은 TT 전극들(118) 둘 모두를 포함하지 않는다.
다양한 실시예들에서, TT 전극들(114)의 시퀀스들은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 구역들로 배열되고/되거나 형성된다. 예를 들어, 구역들은 액션 구역들, 중간 구역들, 저장 구역들 등을 포함할 수 있다. 각각의 구역은 구역의 주변부(periphery) 상의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 및 2개의 넓은 TT 전극 사이에 배치된 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 넓은 TT 전극들(116)은 적어도 하나의 좁은 TT 전극(118)보다, RF 레일들(112)의 실질적으로 평행한 종축들(111)에 실질적으로 평행한 방향에서(예를 들어, y 방향에서), 더 길고/길거나 더 넓다. 다양한 실시예들에서, 각각의 구역은 구역에서 발생할 특정 기능 및/또는 기능들의 세트에 대해 최적화될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 기능들은 구역의 적어도 일부를 통한 이온의 수송, 구역 내의 이온의 안정화 및/또는 저장, 조작 소스(예를 들어, 레이저 빔, 마이크로파 장 등)를 통한 이온의 조작, 2개 이상의 이온과 상호 작용, 2개의 이온의 교환 및/또는 분리(예를 들어, 동일한 포텐셜 웰 안에 있던 2개의 이온을 2개의 별개의 그리고/또는 분리된 포텐셜 웰 안으로 분할), 및/또는 이온 트랩(110) 내에 포획된 하나 이상의 이온의 양자 상태의 제어된 진화를 가능하게 할 수 있는 다른 기능들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은 구역들의 하나 이상의 반복된 패턴을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)의 종방향에 대해 가로지르는 방향들(예를 들어, x 및 z 방향들)로 이온 트랩(110) 내에 포획된 이온을 유지하도록 작용하는 전기장 및/또는 자기장을 생성하기 위해 RF 신호들이 RF 레일들(112)에 인가될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)의 종방향으로의(예를 들어, y 방향으로의) 이온 트랩(110)에 포획된 이온의 수송을 유지하고/하거나 유발하기 위해 TT 전압들이 TT 전극들(116, 118)에 인가될 수 있다.
다양한 실시예들에서, TT 전극들(114)의 다수의 시퀀스는, 조합하여, TT 전극들(114)의 시퀀스들 및/또는 RF 레일들(112)의 상부 표면 중 적어도 하나 위의 포텐셜 웰에 적어도 하나의 이온을 포획하기 위해 가변 결합된 전기장 및/또는 자기장에 기여하는 TT 전압들로 바이어스될 수 있다. 예를 들어, TT 전극들(114)의 시퀀스들 중의 TT 전극들에 인가되는 전압들에 의해 적어도 부분적으로 생성되는 전기장 및/또는 자기장은 TT 전극들(114B)의 제2 시퀀스의 상부 표면 및/또는 종방향 갭(105) 위의 포텐셜 웰에 적어도 하나의 이온을 포획할 수 있다.
적어도 하나의 이온은 전기장 및/또는 자기장이 리드들(122, 124)을 통해 하나 이상의 접속된 디바이스들(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 제어기(30) 등)에 의해 제어되는 것에 의해 이온 트랩(110) 내의 가변 위치들에 포획될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 이온 상의 양 또는 음 전하에 따라, 특정 TT 전극의 양쪽에서 TT 전극들(116, 118)에 대해 TT 전압들이 상승되거나 하강되어, 특정 TT 전극으로의 적어도 하나의 이온의 수송을 촉진하고/하거나 적어도 하나의 이온의 추가 수송에 저항하는 전기 포텐셜 웰을 형성할 수 있다.
적어도 하나의 이온 상의 전하 및/또는 결합된 전기장 및/또는 자기장의 형상 및/또는 크기와 같은 인자들에 따라, 적어도 하나의 이온은 이온 트랩(110)의 상부 표면(예를 들어, TT 전극들(114)의 시퀀스들 및 RF 레일들(112)의 동일 평면 상의 상부 표면) 위의 특정 거리(예를 들어, 대략 20 μm 내지 대략 200 μm)에서 안정화될 수 있다. 가변 위치들 사이의 수송을 제어하고/하거나 특정 위치에 포획된 적어도 하나의 이온을 안정화하는 것에 더욱 기여하기 위해, 다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은 이온 트랩을 124 켈빈 미만(예를 들어, 100 켈빈 미만, 50 켈빈 미만, 10 켈빈 미만, 5 켈빈 미만 등)의 온도로 냉각시킬 수 있는 극저온 및/또는 진공 챔버 내에서 동작될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이온 트랩 장치(100)는 복수의 TT 리드, 와이어 본드, 인터커넥트 등(본 명세서에서 TT 리드들(122)로 지칭됨)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, TT 리드들(122)은 TT 전압 드라이버 및/또는 전압 소스와 TT 전극들 중 대응하는 하나의 TT 전극 사이의 전기 통신을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, TT 전극은 TT 리드들(122) 중 대응하는 하나의 TT 리드를 통해 TT 전압 드라이버 및/또는 전압 소스에 의해 생성되고/되거나 제공되는 TT 전압으로 바이어스될 수 있다. 이온 트랩 장치(100)는 RF 리드들, 와이어 본드들, 인터커넥트들 등(본 명세서에서 RF 리드들(124)로 지칭됨)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 리드들(124)은 RF 드라이버 및/또는 전압 소스와 RF 레일들(112) 사이의 전기 통신을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, RF 레일들(112)은 RF 레이트로 교번하고 RF 리드들(124)을 통해 RF 드라이버 및/또는 전압 소스에 의해 생성되고/되거나 제공되는 전압으로 바이어스될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110)은 이온 트랩(110)의 전극들(116, 118) 및 입력/출력들(I/O)의 수(예를 들어, TT 리드들(122)의 수)를 최소화하는 동시에 의도된 응용에 따라 이온 조작을 수행하기 위한 모든 필요한 수송 동작들(예를 들어, 예시적인 실시예에서, 이온 트랩(110) 내의 이온들을 양자 컴퓨터의 큐비트들로서 사용하기 위한 동작들)을 허용하도록 설계되고/되거나 구성된다. 다양한 실시예들에서, 전극들(116, 118)의 설계는 의도된 응용의 다른 제약들을 충족시키면서 전극들(116, 118)을 바이어스함으로써 생성된 전기장 및/또는 자기장의 고조파 및 사차 포텐셜 에너지 계수들을 최대화한다.
이온 트랩 장치를 포함하는 예시적인 양자 컴퓨터
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)를 포함하는 예시적인 양자 컴퓨터 시스템(200)의 개략도를 제공한다. 다양한 실시예들에서, 양자 컴퓨터 시스템(200)은 컴퓨팅 엔티티(10) 및 양자 컴퓨터(210)를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 양자 컴퓨터(210)는 제어기(30), 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)를 봉입하는 크라이오스탯 및/또는 진공 챔버(40), 및 하나 이상의 조작 소스(60)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 조작 소스(60)는 하나 이상의 레이저(예를 들어, 광학 레이저들, 마이크로파 소스들 등)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 하나 이상의 조작 소스(60)는 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)의 이온 트랩(110) 내의 하나 이상의 이온의 제어된 양자 상태 진화를 조작하고/하거나 유발하도록 구성된다. 예를 들어, 하나 이상의 조작 소스(60)가 하나 이상의 레이저를 포함하는 예시적인 실시예에서, 레이저들은 극저온 및/또는 진공 챔버(40) 내의 이온 트랩(110)에 하나 이상의 레이저 빔을 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 양자 컴퓨터(210)는 하나 이상의 전압 소스(50)를 포함한다. 예를 들어, 전압 소스들(50)은 복수의 TT 전압 드라이버 및/또는 전압 소스 및/또는 적어도 하나의 RF 드라이버 및/또는 전압 소스를 포함할 수 있다. 전압 소스들(50)은 대응하는 리드들(122, 124)을 통해 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)의 대응하는 TT 전극들(116, 118) 및/또는 RF 레일들(112)에 전기적으로 결합될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 컴퓨팅 엔티티(10)는 사용자가 (예컨대, 컴퓨팅 엔티티(10)의 사용자 인터페이스를 통해) 양자 컴퓨터(210)에 입력을 제공하고 양자 컴퓨터(210)로부터의 출력을 수신하고, 보고 등등을 할 수 있게 하도록 구성된다. 컴퓨팅 엔티티(10)는 하나 이상의 유선 또는 무선 네트워크(20)를 통해 그리고/또는 직접 유선 및/또는 무선 통신을 통해 양자 컴퓨터(210)의 제어기(30)와 통신할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 컴퓨팅 엔티티(10)는 정보/데이터, 양자 컴퓨팅 알고리즘들 등을 제어기(30)가 이해하고/하거나 구현할 수 있는 컴퓨팅 언어, 실행 가능 명령어들, 커맨드 세트들 등으로 변환, 구성, 포맷팅 등을 할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제어기(30)는 전압 소스들(50), 극저온 및/또는 진공 챔버(40) 내의 온도 및 압력을 제어하는 극저온 시스템 및/또는 진공 시스템, 조작 소스들(60), 및/또는 극저온 및/또는 진공 챔버(40) 내의 다양한 환경 조건들(예를 들어, 온도, 압력 등)을 제어하는 다른 시스템들을 제어하도록 구성되고/되거나, 이온 트랩(110) 내의 하나 이상의 이온의 양자 상태들의 제어된 진화를 조작하고/하거나 야기하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 이온 트랩(110) 내에 포획된 이온들은 양자 컴퓨터(210)의 큐비트들로서 사용된다.
예시적인 이온 트랩 아키텍처
도 3은 이온 트랩(110)의 예시적인 실시예들의 예시적인 구역 아키텍처(300)를 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이온 트랩(110)은 실질적으로 평행한 종축들(111)(예를 들어, 111A, 111B)을 갖도록 형성된 다수(예를 들어, 한 쌍)의 RF 레일(112)(예를 들어, 112A, 112B)을 포함한다. RF 레일들(112)은 실질적으로 동일 평면 상의 상부 표면들을 갖도록 형성된다. 도 3은 이온 트랩(110)의 평면도를 예시하며, 따라서 RF 레일들(112) 및 TT 전극들(114)의 시퀀스들의 상부 표면이 페이지의 평면에 예시된다. 이온 트랩(110)의 예시적인 아키텍처(300)는 2개의 액션 구역(330)(예를 들어, 330A, 330B) 및 3개의 중간 구역(320)(예를 들어, 320A, 320B, 320C)을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 중간 구역(320)은 각각의 액션 구역(330)에 인접하게 위치된다. 예를 들어, 중간 구역들(320A 및 320B)은 액션 구역(330A)에 인접해 있고, 중간 구역들(320B 및 320C)은 액션 구역(330B)에 인접해 있다. 예를 들어, 각각의 액션 구역(330)은, 양쪽에서, 중간 구역(320)에 인접해 있고, 따라서 각각의 액션 구역(330)이 2개의 중간 구역(320)과 이웃한다. 다시 말해서, 이온이 액션 구역(330) 밖으로 수송될 때, 이온은 임의의 다른 액션 구역(330)에 들어가기 전에 중간 구역(320)에 들어간다.
다양한 실시예들에서, 중간 구역(320)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W)(예를 들어, TT 전극들의 다수의 시퀀스 중의 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 넓은 TT 전극을 포함하는 TT 전극들의 매칭된 그룹)을 포함한다. 예를 들어, 중간 구역(320)은 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 2개의 넓은 TT 전극(116)(예를 들어, 넓은 TT 전극들(116A, 116B, 116C)의 매칭된 그룹)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에, TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)(예를 들어, TT 전극들의 다수의 시퀀스 중의 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 좁은 TT 전극을 포함하는 TT 전극들의 매칭된 그룹)이 있다. 예를 들어, 중간 구역은 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 적어도 하나의 좁은 TT 전극(118)(예를 들어, 좁은 TT 전극들(118A, 118B, 118C)의 매칭된 그룹)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)은 중간 구역(320)의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 중간 구역(320)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 및 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치되고/되거나 형성된 TT 전극들의 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)으로 이루어진다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서) 대략 적어도 2배만큼 넓다. 예를 들어, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 대략 2배 내지 대략 6배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 대략 3배 내지 대략 5배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있다. 다양한 실시예들에서, 중간 구역(320)은 그 안에 이온을 저장 및/또는 안정화하고, 그 안에 다수의 이온을 갖는 포텐셜 웰로부터 적어도 하나의 이온을 상이한 포텐셜 웰 안으로 분리하고, 그를 통해 이온을 수송하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 중간 구역(320)은 다양한 이온 수송 단계들 동안 하나 이상의 이온의 저장 및/또는 안정화를 수용하도록 구성되고/되거나 설계된다.
다양한 실시예들에서, 액션 구역(330)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W)을 포함한다. 예를 들어, 액션 구역(330)은 TT 전극들(예를 들어, 116A, 116B, 116C)의 각각의 시퀀스로부터의 2개의 넓은 TT 전극(116)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에, TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)이 배치되고/되거나 형성된다. 예를 들어, 액션 구역(330)은 TT 전극들(예를 들어, 118A, 118B, 118C)의 각각의 시퀀스로부터의 적어도 하나의 좁은 TT 전극(118)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)은 액션 구역(330)의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 액션 구역은 액션 구역(330)의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된 TT 전극들의 적어도 2개의 좁은 매칭된 그룹(140N)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 액션 구역(330)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 및 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된 TT 전극들의 3개의 좁은 매칭된 그룹(140N)으로 이루어진다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 대략 적어도 2배만큼 넓다. 예를 들어, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서) 대략 2배 내지 대략 6배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 대략 3배 내지 대략 5배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있다. 다양한 실시예들에서, 액션 구역(330)은 조작 소스를 사용하여 하나 이상의 이온에 작용하고, 2개 이상의 이온과 상호 작용하고, 그 안에 다수의 이온을 갖는 포텐셜 웰로부터 적어도 하나의 이온을 상이한 포텐셜 웰 안으로 분리(예를 들어, 2개 이상의 이온을 교환 및/또는 분리)하고, 그를 통해 이온을 수송하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 액션 구역(330)은 레이저 빔들 및/또는 다른 조작 소스들이 이온 트랩(110) 내에 포획된 하나 이상의 이온과 상호 작용될 수 있는 미리 결정된 레이저 및/또는 다른 조작 소스 상호 작용 영역들을 제공하도록 구성되고/되거나 설계된다.
다양한 실시예들에서, 중간 구역(320)의 좁은 TT 전극들(118)과 액션 구역(330)의 좁은 TT 전극들(118)은 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서의) 동일한 폭을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 중간 구역(320)의 좁은 TT 전극(118)의 (예컨대, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서의) 폭과 액션 구역(330)의 좁은 TT 전극(118)의 폭은 상이하다. 다양한 실시예들에서, 중간 구역(320)의 넓은 TT 전극들(116)과 액션 구역(330)의 넓은 TT 전극들(116)은 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서의) 동일한 폭을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 중간 구역(320)의 넓은 TT 전극(116)의 (예컨대, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서의) 폭과 액션 구역(330)의 넓은 TT 전극(116)의 폭은 상이하다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 액션 구역(330)의 넓은 TT 전극의 폭은 중간 구역(320)의 넓은 TT 전극의 폭보다 더 길고/길거나 더 넓다. 예시적인 실시예에서, 액션 구역(330)의 넓은 TT 전극의 폭은 중간 구역(320)의 넓은 TT 전극의 폭보다 대략 20 - 40 μm만큼 더 길고/길거나 더 넓다.
다른 예시적인 이온 트랩 아키텍처
도 5는 이온 트랩(110)의 예시적인 실시예들의 예시적인 구역 아키텍처(500)를 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이온 트랩(110)은 실질적으로 평행한 종축들(111)을 갖도록 형성된 다수(예를 들어, 한 쌍)의 RF 레일(112)(예를 들어, 112A, 112B)을 포함한다. RF 레일들(112)은 실질적으로 동일 평면 상의 상부 표면들을 갖도록 형성된다. 도 5는 이온 트랩(110)의 평면도를 예시하며, 따라서 RF 레일들(112) 및 TT 전극들(114)의 시퀀스들의 상부 표면이 페이지의 평면에 예시된다. 이온 트랩(110)의 예시된 예시적인 아키텍처(400)는 4개의 액션 구역(530)(예로서, 530A, 530B, 530C, 530D), 6개의 중간 구역(520)(예로서, 520A, 520B, 520C, 520D, 520E, 520F), 2개의 저장 구역(540)(예로서, 540A, 540B), 및 로딩 구역(550)을 포함한다. 다양한 실시예들은 더 많거나 더 적은 액션 구역(530), 더 많거나 더 적은 저장 구역(540), 및 대응하는 더 많거나 더 적은 수의 중간 구역(520)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예는 5개의 액션 구역(530), 2개의 저장 구역(540), 8개의 중간 구역(520), 및 하나의 로딩 구역(550)을 포함한다. 응용에 적절한 바에 따라, 다양한 수의 액션 구역(530), 저장 구역(540), 중간 구역(520) 및 이들의 다양한 배열들이 다양한 실시예들에서 사용될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 중간 구역(520)은 인접한 액션 구역들(530) 사이에, 액션 구역(530)과 인접 저장 구역(540) 사이에, 그리고/또는 로딩 구역(550)과 인접한 액션 구역(530) 및/또는 저장 구역(540) 사이에 배치된다. 예를 들어, 중간 구역(520B)은 인접한 액션 구역들(530A 및 530B) 사이에 배치되고/되거나 형성된다. 예를 들어, 중간 구역(520A)은 저장 구역(540A)과 액션 구역(530A) 사이에 배치되고/되거나 형성된다. 예를 들어, 중간 구역(520F)은 저장 구역(540B)과 로딩 구역(550) 사이에 배치된다. 예를 들어, 중간 구역(520)은 각각의 액션 구역(530), 저장 구역(540), 및 로딩 구역(550)에 바로 인접해 있을 수 있다. 다시 말해서, 이온이 액션 구역(530), 저장 구역(540) 및/또는 로딩 구역(550) 밖으로 수송될 때, 이온은 임의의 다른 액션 구역(530) 및/또는 저장 구역(540)에 들어가기 전에 중간 구역(520)에 들어간다.
다양한 실시예들에서, 중간 구역(520)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W)(예를 들어, TT 전극들의 다수의 시퀀스 중의 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 넓은 TT 전극을 포함하는 TT 전극들의 매칭된 그룹)을 포함한다. 예를 들어, 중간 구역(520)은 TT 전극들(114)의 각각의 시퀀스로부터의 2개의 넓은 TT 전극(116)(예를 들어, 넓은 TT 전극들(116A, 116B, 116C)의 매칭된 그룹)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에, TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)(예를 들어, TT 전극들(114A, 114B, 114C)의 다수의 시퀀스 중의 TT 전극들(114)의 각각의 시퀀스로부터의 좁은 TT 전극을 포함하는 TT 전극들의 매칭된 그룹)이 있다. 예를 들어, 중간 구역(520)은 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 적어도 하나의 좁은 TT 전극(118)(예를 들어, 좁은 TT 전극들(118A, 118B, 118C)의 매칭된 그룹)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)은 중간 구역(520)의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 중간 구역(520)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 및 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치되고/되거나 형성된 TT 전극들의 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)으로 이루어진다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서) 대략 적어도 2배만큼 넓다. 예를 들어, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 대략 2배 내지 대략 6배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 대략 3배 내지 대략 5배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있다. 다양한 실시예들에서, 중간 구역(520)은 그 안에 이온을 저장 및/또는 안정화하고, 그 안에 다수의 이온을 갖는 포텐셜 웰로부터 적어도 하나의 이온을 상이한 포텐셜 웰 안으로 분리하고, 그를 통해 이온을 수송하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 중간 구역(520)은 다양한 이온 수송 단계들 동안 하나 이상의 이온의 저장 및/또는 안정화를 수용하도록 구성되고/되거나 설계된다.
다양한 실시예들에서, 액션 구역(530)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W)을 포함한다. 예를 들어, 액션 구역(530)은 TT 전극들(예를 들어, 116A, 116B, 116C)의 각각의 시퀀스로부터의 2개의 넓은 TT 전극(116)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에, TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)이 배치되고/되거나 형성된다. 예를 들어, 액션 구역(330)은 TT 전극들(예를 들어, 118A, 118B, 118C)의 각각의 시퀀스로부터의 적어도 하나의 좁은 TT 전극(118)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹(140N)은 액션 구역(530)의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 액션 구역(530)은 액션 구역(530)의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된 TT 전극들의 적어도 2개의 좁은 매칭된 그룹(140N)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 액션 구역(530)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 및 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된 TT 전극들의 3개의 좁은 매칭된 그룹(140N)으로 이루어진다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 대략 적어도 2배만큼 넓다. 예를 들어, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서) 대략 2배 내지 대략 6배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 대략 3배 내지 대략 5배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있다. 다양한 실시예들에서, 액션 구역(530)은 조작 소스를 사용하여 하나 이상의 이온에 작용하고, 2개 이상의 이온과 상호 작용하고, 그 안에 다수의 이온을 갖는 포텐셜 웰로부터 적어도 하나의 이온을 상이한 포텐셜 웰 안으로 분리(예를 들어, 2개 이상의 이온을 교환 및/또는 분리)하고, 그를 통해 이온을 수송 및/또는 포획하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 액션 구역(530)은 레이저 빔들 및/또는 다른 조작 소스들이 이온 트랩(110) 내에 포획된 하나 이상의 이온과 상호 작용될 수 있는 미리 결정된 레이저 및/또는 다른 조작 소스 상호 작용 영역들을 제공하도록 구성되고/되거나 설계된다.
다양한 실시예들에서, 저장 구역(540)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W)(예를 들어, TT 전극들의 다수의 시퀀스 중의 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 넓은 TT 전극을 포함하는 TT 전극들의 매칭된 그룹)을 포함한다. 예를 들어, 저장 구역(540)은 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 2개의 넓은 TT 전극(116)(예를 들어, 넓은 TT 전극들(116A, 116B, 116C)의 매칭된 그룹)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에, TT 전극들의 적어도 2개의 좁은 매칭된 그룹(140N)(예를 들어, TT 전극들(114A, 114B, 114C)의 다수의 시퀀스 중의 TT 전극들(114)의 각각의 시퀀스로부터의 좁은 TT 전극을 포함하는 TT 전극들의 매칭된 그룹)이 있다. 예를 들어, 저장 구역(540)은 TT 전극들의 각각의 시퀀스로부터의 적어도 2개의 좁은 TT 전극(118)(예를 들어, 좁은 TT 전극들(118A, 118B, 118C)의 매칭된 그룹)을 포함할 수 있다. TT 전극들의 적어도 2개의 좁은 매칭된 그룹(140N)은 저장 구역(540)의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서, 각각의 저장 구역(540)은 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 및 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치되고/되거나 형성된 TT 전극들의 적어도 3개의 좁은 매칭된 그룹(140N)으로 이루어진다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 저장 구역(540)은 저장 구역(540)의 TT 전극들의 2개의 넓은 매칭된 그룹(140W) 사이에 배치되고/되거나 형성된 TT 전극들의 5개의 좁은 매칭된 그룹(140N)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 좁은 TT 전극(118)보다 (예를 들어, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서) 대략 적어도 2배만큼 넓다. 예를 들어, 넓은 TT 전극(116)은 짧은 TT 전극(118)보다 대략 2배 내지 대략 6배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 넓은 TT 전극(116)은 짧은 TT 전극(118)보다 대략 3배 내지 대략 5배 더 길고/길거나 더 넓은 범위에 있다. 다양한 실시예들에서, 저장 구역(540)은 그 안에 이온을 저장 및/또는 안정화하고, 2개의 이온을 교환 및/또는 분리하고(예를 들어, 동일한 포텐셜 웰 안에 있던 2개의 이온을 2개의 별개의 그리고/또는 분리된 포텐셜 웰 안으로 분할하고), 적어도 부분적으로 그를 통해 이온을 수송하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 저장 구역(540)은 다양한 이온 수송 단계들 동안 하나 이상의 이온의 저장 및/또는 안정화를 수용하도록 구성되고/되거나 설계된다. 예를 들어, 이온 트랩(110) 내에 포획된 이온은 복수의 액션이 이온 트랩(110) 내에 포획된 다른 이온들에 적용되고 있는 동안 저장 구역(540)에 저장될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 로딩 구역(550)은 이온들이 이온 트랩(110)에 로딩될 수 있도록 이온 소스로부터 이온들을 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 로딩 구역(550)은 로딩 홀(555)을 포함할 수 있다. 로딩 홀은 이온 소스로부터의 원자가 로딩 홀(555)을 통해 로딩 구역(550) 내로 이동할 수 있도록 이온 소스가 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100) 아래에 배치될 수 있게 하기 위해 이온 트랩(110)을 통해 그리고 기판(130)을 통해 연장되는 관통 홀이다. 일단 원자가 로딩 홀(555)을 통해 로딩 구역(550)에 들어가면, 원자는 이온화될 수 있고, 결과적인 이온은 TT 전극들(114)의 다수의 시퀀스 및 다수의 RF 레일(112)에 의해 생성되는 전기장 및/또는 자기장 및/또는 대응하는 포텐셜로 인해 포획될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 원자는 로딩 홀(555)을 통해 로딩 구역(550)에 들어가고, 결과적인 원자가 이온 트랩(110) 내에 포획되도록 원자를 이온화하는 조작 소스(예를 들어, 레이저 빔)에 의해 상호 작용될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 로딩 구역(550)은 로딩 홀(555)을 통해 이온(또는 원자)을 수신하고, 로딩 구역(550) 내의 이온(예를 들어, 이온화된 원자)을 안정화하고, (예를 들어, 이온을 초기화하기 위해 그리고/또는 이온이 알려진 초기 양자 상태에 있는 것을 보장하기 위해) 하나 이상의 조작 소스를 통한 이온의 조작을 가능하게 하고 등등을 하도록 구성될 수 있다. 로딩 구역(550)은 로딩 구역(550) 밖으로의 그리고 바로 인접한 중간 구역(520) 안으로의 이온의 수송을 돕도록 추가로 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 로딩 구역(550)은 하나 이상의 로딩 TT 전극(150)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로딩 구역(550)은 TT 전극들의 다수의 시퀀스 중의 TT 전극들(114)의 각각의 시퀀스로부터의 적어도 하나의 로딩 TT 전극(150)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 로딩 TT 전극들(150)은 매칭된 그룹들(140)(예를 들어, 140W 및/또는 140N) 내의 넓은 및/또는 짧은 TT 전극들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 로딩 TT 전극들(150)은 TT 전극들의 적어도 하나의 넓은 매칭된 그룹(140W)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 로딩 TT 전극들(150)의 폭은 넓은 및/또는 좁은 TT 전극들(116, 118)의 폭과는 상이할 수 있다. 예를 들어, 로딩 TT 전극들(150)은 넓은 및 좁은 TT 전극들(116, 118)에 대응하는 제1 및/또는 제2 폭들(W1, W2)과는 상이한 제3 폭(W3)을 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제3 폭(W3)은 제1 폭(W1)보다 더 길고/길거나 더 넓고, 제2 폭(W2)보다 더 좁고, 그리고/또는 제1 및 제2 폭들(W1, W2) 사이의 범위일 수 있다.
다양한 실시예들에서, 중간 구역(520)의 좁은 TT 전극들(118)과 액션 구역(530) 및/또는 저장 구역(540)의 좁은 TT 전극들(118)은 (예컨대, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서의) 동일한 폭(W2)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 중간 구역(520)의 좁은 TT 전극(118)의 (예컨대, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서의) 폭과 액션 구역(530) 및/또는 저장 구역(520)의 좁은 TT 전극(118)의 폭은 상이하다. 다양한 실시예들에서, 중간 구역(520)의 넓은 TT 전극들(116) 및 액션 구역(530) 및/또는 저장 구역(540)의 넓은 TT 전극들(116)은 (예컨대, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서의) 동일한 폭(L1)을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 중간 구역(520)의 넓은 TT 전극(116)의 (예컨대, y 축에 실질적으로 평행한 차원에서의) 폭과 액션 구역(530) 및/또는 저장 구역(540)의 넓은 TT 전극(116)의 폭은 상이하다.
기술적 이점들
다양한 실시예들은 충분한 이온 위치 제어를 제공하고, 다양한 이온 수송 기능들(예를 들어, 이온들의 수송, 하나의 포텐셜 웰 내의 2개 이상의 이온을 상이한 포텐셜 웰들 안으로 분리, 2개의 이온의 교환 및/또는 분리(예를 들어, 동일한 포텐셜 웰 안에 있던 2개의 이온을 2개의 별개의 그리고/또는 분리된 포텐셜 웰 안으로 분할) 등)을 가능하게 하고, 조작 소스들을 통한 이온 트랩 내의 이온들의 조작을 가능하게 하는 이온 트랩 장치를 제공하는 기술적 문제에 대한 기술적 해결책들을 제공한다. 상이한 크기들의 전극들을 통합하는 새로운 구역 아키텍처는 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)의 I/O들의 수 및 이온 트랩(110)의 전극들(116, 118)의 수를 최소화하면서 미리 결정된 조작 소스(예를 들어, 레이저), 상호 작용 영역들(예를 들어, 액션 구역들), 및 다양한 이온 수송 단계들 동안 저장을 수용하기 위한 이온 저장 영역들(예를 들어, 중간 구역들, 저장 구역들)을 가능하게 한다.
예시적인 제어기
다양한 실시예들에서, 이온 트랩 장치 및/또는 패키지(100)가 양자 컴퓨터(210)에 통합된다. 다양한 실시예들에서, 양자 컴퓨터(210)는 양자 컴퓨터(210)의 다양한 요소들을 제어하도록 구성된 제어기(30)를 추가로 포함한다. 예를 들어, 제어기(30)는 전압 소스들(50), 극저온 및/또는 진공 챔버(40) 내의 온도 및 압력을 제어하는 극저온 시스템 및/또는 진공 시스템, 조작 소스들(60), 및/또는 극저온 및/또는 진공 챔버(40) 내의 환경 조건들(예를 들어, 온도, 습도, 압력 등)을 제어하는 다른 시스템들을 제어하도록 구성되고/되거나, 이온 트랩(110) 내의 하나 이상의 이온의 양자 상태들의 제어된 진화를 조작하고/하거나 야기하도록 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다양한 실시예들에서, 제어기(30)는 처리 요소들(605), 메모리(610), 드라이버 제어기 요소들(615), 통신 인터페이스(620), 아날로그-디지털 컨버터 요소들(625) 등을 포함한 다양한 제어기 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 처리 요소들(605)은 프로그래밍 가능 논리 디바이스들(CPLD들), 마이크로프로세서들, 공동처리 엔티티들, 주문형 명령어 세트 프로세서들(ASIP들), 집적 회로들, 주문형 집적 회로들(ASIC들), 필드 프로그래머블 게이트 어레이들(FPGA들), 프로그래밍 가능 논리 어레이들(PLA들), 하드웨어 가속기들, 다른 처리 디바이스들 및/또는 회로 등 및/또는 제어기들을 포함할 수 있다. 용어 회로는 전적으로 하드웨어 실시예, 또는 하드웨어와 컴퓨터 프로그램 제품들의 조합을 지칭할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제어기(30)의 처리 요소(605)는 클록을 포함하고/하거나 클록과 통신한다.
예를 들어, 메모리(610)는 하드 디스크, ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, MMC, SD 메모리 카드, 메모리 스틱, CBRAM, PRAM, FeRAM, RRAM, SONOS, 레이스트랙 메모리, RAM, DRAM, SRAM, FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, RDRAM, RIMM, DIMM, SIMM, VRAM, 캐시 메모리, 레지스터 메모리 등 중 하나 이상과 같은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리 저장소와 같은 비일시적 메모리를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 메모리(610)는 양자 컴퓨터의 큐비트들에 대응하는 큐비트 레코드들(예를 들어, 큐비트 레코드 데이터 저장소, 큐비트 레코드 데이터베이스, 큐비트 레코드 테이블 등에), 교정 테이블, 실행 가능 큐, (예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터 언어, 특수화된 제어기 언어(들) 등의) 컴퓨터 프로그램 코드 등을 저장할 수 있다. 예시적인 실시예에서, (예를 들어, 처리 요소(605)에 의한) 메모리(610)에 저장된 컴퓨터 프로그램 코드의 적어도 일부의 실행은 제어기(30)로 하여금 원자 시스템 내의 원자 객체의 위상을 추적하고 그에 의해 생성된 하나 이상의 조작 소스 및/또는 신호(들)의 위상의 조정을 야기하기 위해 본 명세서에 설명된 하나 이상의 단계, 동작, 프로세스, 절차 등을 수행하게 한다.
다양한 실시예들에서, 드라이버 제어기 요소들(615)은 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 드라이버를 제어하도록 각각 구성된 제어기 요소들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 드라이버 제어기 요소들(615)은 드라이버들 및/또는 드라이버 제어기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 드라이버 제어기들은 하나 이상의 대응하는 드라이버가 제어기(30)에 의해(예를 들어, 처리 요소(605)에 의해) 스케줄링되고 실행되는 실행 가능 명령어들, 커맨드들 등에 따라 동작되게 하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 드라이버 제어기 요소들(615)은 제어기(30)가 조작 소스(60)를 동작시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 드라이버들은 레이저 드라이버들; 진공 컴포넌트 드라이버들; 이온 트랩(110)의 이온 포획 포텐셜을 유지 및/또는 제어하는 데 사용되는 TT, RF 및/또는 다른 전극들에 인가되는 전압 및/또는 전류의 흐름을 제어하기 위한 드라이버들; 극저온 및/또는 진공 시스템 컴포넌트 드라이버들 등일 수 있다. 예를 들어, 드라이버들은 리드들(122, 124)을 통해 TT 전극들(116, 118) 및/또는 RF 레일들(112)에 전압들 및/또는 전기 신호들을 제공하는 TT 및/또는 RF 전압 드라이버들 및/또는 전압 소스들을 제어하고/하거나 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제어기(30)는 카메라들, MEMs 카메라들, CCD 카메라들, 포토다이오드들, 포토멀티플라이어 튜브들 등과 같은 하나 이상의 광학 수신기 컴포넌트로부터 신호들을 통신 및/또는 수신하기 위한 수단을 포함한다. 예를 들어, 제어기(30)는 하나 이상의 광학 수신기 컴포넌트, 교정 센서 등으로부터 신호들을 수신하도록 구성된 하나 이상의 아날로그-디지털 컨버터 요소(625)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 제어기(30)는 컴퓨팅 엔티티(10)와 인터페이싱 및/또는 통신하기 위한 통신 인터페이스(620)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(30)는 컴퓨팅 엔티티(10)로부터 실행 가능 명령어들, 커맨드 세트들 등을 수신하고 양자 컴퓨터(210)로부터(예를 들어, 광학 수집 시스템으로부터) 수신된 출력 및/또는 출력을 처리한 결과를 컴퓨팅 엔티티(10)에 제공하기 위한 통신 인터페이스(620)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 컴퓨팅 엔티티(10)와 제어기(30)는 직접 유선 및/또는 무선 접속 그리고/또는 하나 이상의 유선 및/또는 무선 네트워크(20)를 통해 통신할 수 있다.
예시적인 컴퓨팅 엔티티
도 7은 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 엔티티(10)를 나타내는 예시적인 개략도를 제공한다. 다양한 실시예들에서, 컴퓨팅 엔티티(10)는 사용자가 (예컨대, 컴퓨팅 엔티티(10)의 사용자 인터페이스를 통해) 양자 컴퓨터(210)에 입력을 제공하고 양자 컴퓨터(210)로부터의 출력을 수신하고, 표시하고, 분석하고 등등을 할 수 있게 하도록 구성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 엔티티(10)는 안테나(712), 송신기(704)(예를 들어, 라디오), 수신기(706)(예를 들어, 라디오), 및, 각각, 송신기(704)에 신호를 제공하고 수신기(706)로부터 신호를 수신하는 처리 요소(708)를 포함할 수 있다. 각각, 송신기(704)에 제공되고 수신기(706)로부터 수신되는 신호는 제어기(30), 다른 컴퓨팅 엔티티(10) 등과 같은, 다양한 엔티티와 통신하기 위해 적용 가능한 무선 시스템의 에어 인터페이스 표준에 따른 시그널링 정보/데이터를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 컴퓨팅 엔티티(10)는 하나 이상의 에어 인터페이스 표준, 통신 프로토콜, 변조 유형 및 액세스 유형으로 동작하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 엔티티(10)는 FDDI(fiber distributed data interface), DSL(digital subscriber line), 이더넷, ATM(asynchronous transfer mode), 프레임 릴레이, DOCSIS(data over cable service interface specification), 또는 임의의 다른 유선 송신 프로토콜과 같은, 유선 데이터 송신 프로토콜을 사용하여 통신을 수신하고/하거나 제공하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 컴퓨팅 엔티티(10)는 GPRS(general packet radio service), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000), CDMA2000 1X(1xRTT), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution), TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution), E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network), EVDO(Evolution-Data Optimized), HSPA(High Speed Packet Access), HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access), IEEE 802.11(Wi-Fi), Wi-Fi 다이렉트, 802.16(WiMAX), UWB(ultra wideband), IR(infrared) 프로토콜, NFC(near field communication) 프로토콜, 위브리(Wibree), 블루투스 프로토콜, 무선 USB(universal serial bus) 프로토콜, 및/또는 임의의 다른 무선 프로토콜과 같은, 다양한 프로토콜들 중 임의의 것을 사용하여 무선 외부 통신 네트워크를 통해 통신하도록 구성될 수 있다. 컴퓨팅 엔티티(10)는 그러한 프로토콜 및 표준을 사용하여 BGP(Border Gateway Protocol), DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol), DNS(Domain Name System), FTP(File Transfer Protocol), HTTP(Hypertext Transfer Protocol), HTTP 오버 TLS/SSL/Secure, IMAP(Internet Message Access Protocol), NTP(Network Time Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), Telnet, TLS(Transport Layer Security), SSL(Secure Sockets Layer), IP(Internet Protocol), TCP(Transmission Control Protocol), UDP(User Datagram Protocol), DCCP(Datagram Congestion Control Protocol), SCTP(Stream Control Transmission Protocol), HTML(HyperText Markup Language) 등을 사용해 통신할 수 있다.
이러한 통신 표준 및 프로토콜을 통해, 컴퓨팅 엔티티(10)는 USSD(Unstructured Supplementary Service Information/data), SMS(Short Message Service), MMS(Multimedia Messaging Service), DTMF(Dual-Tone Multi-Frequency Signaling) 및/또는 SIM 다이얼러(Subscriber Identity Module Dialer)와 같은 개념을 사용하여 다양한 다른 엔티티와 통신할 수 있다. 컴퓨팅 엔티티(10)는 또한 예를 들어 그의 펌웨어, 소프트웨어(예를 들어, 실행 가능한 명령어, 애플리케이션, 프로그램 모듈을 포함함) 및 운영 체제에 대한 변경, 애드-온 및 업데이트를 다운로드할 수 있다.
컴퓨팅 엔티티(10)는 또한 하나 이상의 사용자 입력/출력 인터페이스(예를 들어, 처리 요소(708)에 결합된 디스플레이(716) 및/또는 스피커/스피커 드라이버, 및 처리 요소(708)에 결합된 터치 스크린, 키보드, 마우스 및/또는 마이크로폰)를 포함하는 사용자 인터페이스 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 출력 인터페이스는 정보/데이터의 표시 또는 가청 제시를 유발하기 위해 그리고 하나 이상의 사용자 입력 인터페이스를 통한 그와의 상호 작용을 위해 컴퓨팅 엔티티(10) 상에서 실행되고/되거나 그것을 통해 액세스 가능한, 애플리케이션, 브라우저, 사용자 인터페이스, 인터페이스, 대시 보드, 스크린, 웹 페이지, 페이지, 및/또는 본 명세서에서 교환 가능하게 사용되는 유사한 단어를 제공하도록 구성될 수 있다. 사용자 입력 인터페이스는 키패드(718)(하드 또는 소프트), 터치 디스플레이, 음성/스피치 또는 모션 인터페이스, 스캐너, 판독기 또는 다른 입력 디바이스와 같은, 컴퓨팅 엔티티(10)가 데이터를 수신할 수 있게 하는 다수의 디바이스 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 키패드(718)를 포함하는 실시예에서, 키패드(718)는 전통적인 숫자(0-9) 및 관련 키(#, *), 및 컴퓨팅 엔티티(10)를 동작시키는 데 사용되는 다른 키를 포함할 수 있고(또는 그의 표시를 유발할 수 있고), 전체 알파벳 키 세트 또는 전체 영숫자 키 세트를 제공하도록 활성화될 수 있는 키 세트를 포함할 수 있다. 입력을 제공하는 것에 더하여, 사용자 입력 인터페이스는 예를 들어 스크린 세이버 및/또는 슬립 모드와 같은 소정 기능을 활성화하거나 비활성화하는 데 사용될 수 있다. 그러한 입력을 통해 컴퓨팅 엔티티(10)는 정보/데이터, 사용자 상호 작용/입력 등을 수집할 수 있다.
컴퓨팅 엔티티(10)는 또한 내장될 수 있고/있거나 제거 가능할 수 있는, 휘발성 저장소 또는 메모리(722) 및/또는 비휘발성 저장소 또는 메모리(724)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리는 ROM, PROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, MMC, SD 메모리 카드, 메모리 스틱, CBRAM, PRAM, FeRAM, RRAM, SONOS, 레이스트랙 메모리 등일 수 있다. 휘발성 메모리는 RAM, DRAM, SRAM, FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM, DDR3 SDRAM, RDRAM, RIMM, DIMM, SIMM, VRAM, 캐시 메모리, 레지스터 메모리 등일 수 있다. 휘발성 및 비휘발성 저장소 또는 메모리는 컴퓨팅 엔티티(10)의 기능을 구현하기 위해 데이터베이스, 데이터베이스 인스턴스, 데이터베이스 관리 시스템 엔티티, 데이터, 애플리케이션, 프로그램, 프로그램 모듈, 스크립트, 소스 코드, 객체 코드, 바이트 코드, 컴파일된 코드, 해석된 코드, 기계 코드, 실행 가능한 명령어 등을 저장할 수 있다.
결론
본 명세서에 기술된 본 발명의 많은 변경 및 다른 실시예가, 상기의 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 이익을 갖는, 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에게 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예로 제한되지 않아야 하고, 변경 및 다른 실시예가 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도됨이 이해되어야 한다. 특정 용어들이 본 명세서에 사용되지만, 그것들은 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되며 제한의 목적으로는 사용되지 않는다.

Claims (3)

  1. 이온 트랩 장치(ion trap apparatus)로서,
    실질적으로 평행한 종축들을 갖고 실질적으로 동일 평면 상의 상부 표면들을 갖도록 형성된 2개 이상의 무선 주파수(RF) 레일들; 및
    포획 및/또는 수송(TT) 전극들의 2개 이상의 시퀀스들을 포함하며, 각각의 시퀀스는 상기 RF 레일들의 상기 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행하게 연장되도록 형성되고, 상기 2개 이상의 RF 레일들 및 상기 TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들은 이온 트랩을 정의하고, 상기 TT 전극들의 2개 이상의 시퀀스들은 다수의 구역들로 배열되고, 각각의 구역은 TT 전극들의 넓은 매칭된 그룹들 및 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹을 포함하고, 상기 TT 전극들의 넓은 매칭된 그룹들 중 하나의 그룹 중의 넓은 TT 전극은 상기 TT 전극들의 적어도 하나의 좁은 매칭된 그룹 중의 좁은 TT 전극보다 상기 2개 이상의 RF 레일들의 상기 실질적으로 평행한 종축들에 실질적으로 평행한 방향에서 더 넓은, 이온 트랩 장치.
  2. 제1항에 있어서, (a) 상기 다수의 구역들은 적어도 하나의 액션 구역(action zone) 및 적어도 하나의 중간 구역(intermediary zone)을 포함하고, (b) 상기 적어도 하나의 액션 구역은 상기 적어도 하나의 액션 구역 내의 적어도 하나의 이온에 대해 수행될 액션을 위해 구성되고, (c) 상기 적어도 하나의 중간 구역은 상기 적어도 하나의 이온의 수송 동작 동안 상기 중간 구역 내의 상기 적어도 하나의 이온을 안정화하도록 구성되고, (d) 상기 적어도 하나의 액션은 (i) 상기 이온 트랩 내의 적어도 2개의 이온들과 상호 작용하는 것 또는 (ii) 조작 소스로 상기 이온 트랩 내의 적어도 하나의 이온에 작용하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 이온 트랩 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액션 구역은 상기 적어도 하나의 액션 구역 내에서 단일 웰 포텐셜(single well potential)로부터 다중 웰 포텐셜(multiple well potential)로 조정될 수 있는 전기 포텐셜을 생성하도록 구성된 TT 전극들의 복수의 좁은 매칭된 그룹들을 포함하는, 이온 트랩 장치.
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