KR20230061335A

KR20230061335A - 인근 큐비트를 사용하는 결맞은 제어기의 능동적 안정화

Info

Publication number: KR20230061335A
Application number: KR1020237003343A
Authority: KR
Inventors: 정상 김; 케네쓰 브라운; 크리스토퍼 몬로
Original assignee: 유니버시티 오브 매릴랜드, 칼리지 파크; 듀크 유니버시티
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-05-08
Also published as: IL298953A; WO2022039842A3; CN116097284A; CA3182795A1; WO2022039842A2; US20210406757A1; JP2023532853A; EP4172884A2; AU2021326677A1

Abstract

본 발명의 양태는 인근 큐비트를 사용하는 결맞은 제어기의 능동 안정화를 포함하는 기술을 기재한다. 한 양태에서, 큐비트에서 위상 감쇠를 안정화하기 위한 양자 정보 처리(QIP) 시스템이 기재되며, 상기 시스템은 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 제공하고, 제2 큐비트 이온을 사용하여 자기장 변동을 측정하고, 측정된 자기장 변동에 기초하여 하나 이상의 자기장을 생성하고, 상기 하나 이상의 자기장은 자기장 변동을 상쇄하도록 제1 큐비트 이온 근처에 인가되어 제1 큐비트 이온의 위상 감쇠를 안정화한다. 이러한 또 다른 QIP 시스템이 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 제공하며, 국부 오실레이터를 제2 큐비트 이온과 연관된 주파수 기준에 고정하며, 국부 오실레이터를 이용해 주파수 기준에 기초한 제1 큐비트 이온의 주파수를 추적한다. 이러한 QIP 시스템과 연관된 방법도 기재되어 있다.

Description

인근 큐비트를 사용하는 결맞은 제어기의 능동적 안정화

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 발명의 명칭 "ACTIVE STABILIZATION OF COHERENT CONTROLLERS USING NEARBY QUBITS"인 2020년06월30일에 출원된 미국 특허 출원 번호 63/046,559으로부터 우선권의 이익을 주장하고, 2021년06월29일에 출원된 미국 특허 출원 번호 17/362,810에 대한 우선권을 주장한다. 각각의 내용은 전체가 참조로 포함된다.

정부 라이센스 권리

본 발명은 ARO(Army Research Office)에 의한 Award No. W911NF-18-1-0218 및 IARPA(Intelligence Advanced Research Projects Activity)에 의한 Award No. 3130638에 따라 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 가진다.

배경 기술

본 발명의 양태는 일반적으로 큐비트 열화를 초래할 수 있는 메커니즘의 제어에 관한 것이며, 더 구체적으로는 인근 큐비트를 사용하는 결맞은 제어기(coherent controller)의 능동 안정화를 포함하는 기법에 관한 것이다.

원자 초미세 큐비트는, 큐비트가 완벽하게 격리될 수 있는 한, 큐비트의 품질(가령, 시간에 따른 큐비트의 안정성)이 완벽에 가까워질 수 있기 때문에, 타 고체 큐비트(가령, 초전도 큐비트)에 비해 고유하다. 큐비트의 열화를 나타내는 두 가지 메커니즘인 완화 시간 T₁에 의해 측정된 진폭 감쇠와 완화 시간 T₂에 의해 측정된 위상 감쇠는 일반적으로 다양한 시스템 파라미터에 의해 제한된다. T₁ 및 T₂의 지속 시간이 짧을수록 큐비트가 양자 계산을 수행하는 데 사용할 수 있을 만큼 충분히 안정적인 지속 시간이 짧아진다.

따라서 양자 계산에 사용하기 위한 큐비트의 안정성을 향상시키기 위해 T₁ 및 T₂의 지속 시간을 더 길게 만드는 기술을 개발하는 것이 바람직하다.

다음은 이러한 양태에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 하나 이상의 양태에 대한 단순화된 요약을 제시한다. 이 요약은 고려된 모든 측면에 대한 광범위한 개요가 아니며 모든 측면의 핵심 요소를 식별하거나 일부 또는 모든 측면의 범위를 설명하는 것은 아니다. 이의 유일한 목적은 나중에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 단순화된 형태로 하나 이상의 측면의 일부 개념을 제시하는 것이다.

본 개시의 한 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 제공하고, 제2 큐비트 이온을 사용하여 자기장 요동을 측정하고, 이에 기초하여 하나 이상의 자기장을 생성하는 것을 포함하는 큐비트에서 위상 감쇠를 안정화하는 방법이 설명된다. 측정된 자기장 변동, 하나 이상의 자기장이 첫 번째 큐비트 이온 근처에 적용되어 자기장 변동을 취소하여 첫 번째 큐비트 이온의 위상 감쇠를 안정화합니다.

본 개시의 또 다른 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 갖는 적어도 하나의 이온 트랩, 하나 이상의 코일, 및 큐비트에서의 위상 감쇠를 안정화하기 위한 스태빌라이저를 포함하는 포획 이온 양자 정보 처리(QIP) 시스템이 기재되며, 여기서 스태빌라이저는 제2 큐비트 이온을 이용해 자기장 변동을 측정하고, 하나 이상의 코일을 이용해 특정된 자기장 변동에 기초해 하나 이상의 자기장을 생성하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 자기장은 제1 큐비트 이온 근처에 인가되어 자기장 변동을 상쇄함으로써 제1 큐비트 이온의 위상 감쇠를 안정화할 수 있다.

본 개시의 또 다른 양태에서, 큐비트에서의 위상 감쇠를 안정화하기 위한 방법이 기재되며, 상기 방법은 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 제공하는 단계, 국부 오실레이터를 제2 큐비트 이온과 연관된 주파수 기준에 고정하는 단계, 및 국부 오실레이터를 이용해, 주파수 기준에 기초한 제1 큐비트 이온의 주파수를 추적하는 단계를 포함한다.

본 개시의 또 다른 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 갖는 적어도 하나의 이온 트랩 및 국부 오실레이터를 포함하는 포획 이온 QIP 시스템이 설명되며, 여기서 국부 오실레이터는 제2 큐비트 이온과 연관된 주파수 기준에 고정되며, 국부 오실레이터는 상기 주파수 기준에 기초하여 제1 큐비트 이온의 주파수를 추적하도록 구성된다.

본 개시의 또 다른 양태에서, 프로세서에 의해 실행 가능한 명령을 포함하는 코드를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 큐비트에서의 위상 감쇠를 안정화하도록 기재된다.

앞서 설명된 목적 및 관련된 목적을 달성하기 위해, 하나 이상의 양태가 이하에서 충분히 설명되고 특히 청구범위에서 지적되는 특징을 포함한다. 이하의 설명 및 첨부된 도면은 하나 이상의 양태의 특정 예시적 특징을 상세히 설명한다. 그러나 이들 특징은 다양한 측면의 원리가 채용될 수 있는 다양한 방법 중 몇 가지를 나타내며, 이 설명은 이러한 모든 측면과 그 등가물을 포함하도록 의도된다.

개시된 양태는 개시된 양태를 제한하는 것이 아니라 설명하기 위해 제공되는 첨부된 도면과 함께 이하에서 설명될 것이며, 유사한 도면부호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 개시의 양태에 따른 선형 결정 또는 체인에 포획된 원자 이온의 도면을 예시한다.
도 2는 본 개시의 양태에 따른 원자 초미세 큐비트의 에너지 준위의 예를 예시하는 도면이다.
도 3a-3c는 본 개시의 양태에 따른 국부 자기장 상쇄의 예를 예시하는 도면이다.
도 4a-4c는 본 개시의 양태에 따라 주파수 기준으로서 병치된 원자 초미세 큐비트를 사용하는 예를 예시하는 다이어그램이다.
도 5는 본 개시의 양태에 따른 컴퓨터 장치의 예를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 양태에 따른 양자 정보 처리(QIP) 시스템의 예를 예시하는 블록도이다.
도 7 및 8은 본 개시의 양태에 따라 큐비트에서 위상 감쇠를 안정화하기 위한 방법의 예를 예시하는 흐름도이다.

첨부된 도면과 관련하여 아래에 설명되는 상세한 설명은 다양한 구성에 대한 설명을 위한 것이며 여기에 설명된 개념이 실시될 수 있는 유일한 구성을 나타내는 것은 아니다. 자세한 설명은 다양한 개념에 대한 철저한 이해를 제공하기 위한 특정 세부 정보를 포함한다. 그러나, 이들 개념이 이들 특정 세부사항 없이 실시될 수 있음이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 일부 경우, 잘 알려진 구성요소는 이러한 개념이 모호해지는 것을 방지하기 위해 블록 다이어그램 형식으로 표시된다.

상세한 설명은 나머지 큐비트의 위상을 추적하는 데 사용될 수 있는 국부 오실레이터 원자 클록으로서 큐비트 중 하나 이상을 희생함으로써 원자 큐비트 집합에서 위상 오류를 제거하는 데 사용될 수 있는 기술을 포함한다.　 이는 큐비트의 집합에서 특정 큐비트의 모든 유휴 결어긋남(decoherence)을 제거한다. 원자 큐비트는 일반적으로 원자 기반 큐비트, 가령, 원자 이온 큐비트를 지칭할 수 있다. 앞서 언급했듯이, 원자 초미세 큐비트는 큐비트가 완벽하게 격리될 수 있다면 큐비트의 품질을 완벽에 가깝게 만들 수 있다는 점에서 타 고체 큐비트와 비교할 때 고유하다. 큐비트 열화의 두 가지 메커니즘인 T₁에서 측정한 진폭 감쇠와 T₂에서 측정한 위상 감쇠는 양자 계산에 사용되기 위한 큐비트의 안정성을 향상시키기 위해 임의로 길게 만들 수 있다.

일반적으로 양자 비트(큐비트)는 다음 식으로 설명할 수 있다:

. 따라서 큐비트는 일반적으로 두 개의 파라미터 θ및 φ로 나타낼 수 있으며, 여기서 θ는 상대 가중치이고 φ는 상대 위상이다. 상이한 유형의 큐비트가 존재한다. 한 가지 유형의 고체 큐비트가 초전도 큐비트이고 또 다른 유형은 원자 초미세 큐비트이다. 원자 초미세 큐비트는 일반적으로 큐비트 상태

및

와 연관된 두 가지 준위(큐비트 준위)를 가진다. 앞서 기재된 큐비트 표현의 일부인, 주파수 ω로 특징지어지는 이 두 준위 사이에는 에너지 차이가 있다. 이 주파수는 큐비트와 연관되어 있으므로 큐비트 주파수 또는 ω로 지칭될 수 있다. 대부분의 큐비트에서, 앞서 기재된 두 파라미터(θ및 φ)는 시간이 지남에 따라 열화되거나 덜 안정적이 될 수 있으므로 큐비트는 양자 계산이 수행될 수 있는 특정 수명을 갖는 경향이 있다.

상대 진폭(θ)의 감소는 에너지가 높은 집단에서 에너지가 낮은 집단으로 이동하는 경향에서 발생한다. 핵 자기 공명(NMR)에서 2-준위 시스템의 이러한 유형의 감소는 진폭 감쇠의 측정인 완화 시간 T₁을 특징으로 한다. 상대 진폭과는 별개로 2-준위 시스템은 에너지 차이를 가지며 따라서 고유한 주파수 시간 종속성을 갖고, 이때 주파수는 앞서 기재된 큐비트 주파수 ω_q이다. 따라서 시스템의 이 에너지 차이가 안정적이고 전혀 움직이지 않거나 변동하지 않으면, 큐비트 주파수의 지식이 임의의 시점에서의 큐비트의 거동의 정확한 지식을 가능하게 하기 때문에

는 예측 가능하며 무시될 수 있다. 따라서 상대 위상 φ을 참조할 때, 수식

이 참조되며, 이 경우, 큐비트 주파수가 알려져 있고 따라서 움직임을 완전히 예측할 수 있다고 가정하면,

가 무시될 수 있다.

그러나 실제 큐비트 시스템에서는 2-준위 시스템의 에너지 차이가 변동될 수 있다. 이 변동은 큐비트 주파수에 반영될 수 있으며 큐비트 주파수가 어떻게 변동하는지 정확히 알 수 없고 움직임을 더 이상 예측할 수 없기 때문에 시간이 지남에 따라 일부 위상 불확실성이 누적될 수 있다. 이 것이 큐비트에 대한 상대 위상의 소스가 손실될 수 있는 방식이다. 예를 들어 국부 클록(local clock) 또는 국부 오실레이터가 사용되어 큐비트의 진동(가령, 주파수)을 계산할 수 있으며 해당 국부 클록은 일반적으로 원자 소스 또는 원자 기준을 기반으로 하는 특정 주파수에서 실행된다. 큐비트가 이 국부 클록에서 벗어나고 큐비트의 에너지 변동에 대한 지식이 없는 경우 일부 불확실성이 누적되고 불확실성으로 인해 국부 클록과 큐비트 사이의 디페이징(dephasing)이 발생할 가능성이 존재한다. 즉, 큐비트의 위상이 위상 편이에 대한 지식 없이 편이되었을 때 국부 클록(또는 국부 오실레이터)과 큐비트 사이에 디페이징이 발생한다. NMR에서 이 디페이징은 위상 감쇠의 측정값인 완화 시간 T₂로 특징지어진다. 따라서 T₂는 결맞음이 유지되는 동안, 즉, 국부 클록과 큐비트 사이의 디페이징의 결과로 큐비트의 위상 추적을 잃기 전에 시간 스케일을 측정한 것이다.

초전도 큐비트에서, 이 결맞음은 일반적으로 약 1나노초(ns) 동안 유지될 수 있으며, 최근 결과는 최대 50마이크로초(ms)의 결맞음을 달성했다. 그러나 이들 유형의 큐비트는 회로로 구성되어 있기 때문에 본질적으로 환경과 연결되어 있다. 이들 유형의 큐비트가 인근 전기장에 연결되거나 하나의 원자라도 이동하면, 큐비트 주파수의 변동과 위상에 누적되는 불확실성의 양을 알기가 매우 어려워진다.

초전도 큐비트가 구성되는 방식과 달리, 원자 초미세 큐비트는 초미세 상호작용에 의해 분리된 원자(또는 원자 이온)의 두 기저 상태를 사용한다. 초미세 쪼개짐은 모두 바닥 상태에 있으며 환경과 매우 잘 격리된 핵 스핀의 상호작용에 의해 발생한다. 이들 유형의 큐비트에서, 고유한 T₁ 시간은 수천 년(가령, 최대 10,000년)으로 측정되며, 이는 초전도 큐비트로 달성할 수 있는 어떤 것보다 훨씬 더 길다. 원자 초미세 큐비트에서의 T₁의 매우 긴 시간 스케일을 고려하면, 대부분의 양자 연산 내에서 자발적 붕괴가 발생할 가능성은 거의 없다. 실전에서, 초전도 큐비트에 대한 경우가 아닌, 원자 초미세 큐비트에서는 자발적 붕괴가 발생할 가능성이 높지 않다.

그러나 실제로 T₁에 대한 시간 길이는 진공 챔버에서 잔류 가스 분자와의 충돌로 인해 제한될 수 있다. 이들 가스는 큐비트와 충돌하여 큐비트에 영향을 미치는 핵 스핀을 뒤집을 수 있다. 원자 초미세 큐비트가 T₁에서 붕괴 없이 갈 수 있는 10,000년 동안 충돌을 피할 수 있는 진공의 개선을 달성하는 것은 어려울 수 있지만, 30분 내지 1시간마다 한 번씩 충돌할 수 있는 진공을 달성하는 것은 가능하며, 이때, 충돌률을 하루에 한 번 또는 그 이상으로 확장하는 것이 또한 가능하다. 이들 더 긴 충돌 시간 스케일의 경우, T₁이 우수한 진공이 제공되는 한 원자 초미세 큐비트의 요소가 될 가능성이 높지 않음이 분명하다.

반면에, T₂는 두 큐비트 준위 간의 에너지 차이에 의해 결정되는, 두 큐비트 상태가 서로에 대해 경험하는 시간 종속적 상대 진동을 추적하는 기능에 의해 결정된다. 따라서 T₂는 에너지 차이가 배경 잡음, 가령, 전기적 또는 자기적 험 잡음(hum noise)(가령, 국부 전력선 주파수에 따라 50Hz, 60Hz, 100Hz 또는 120Hz)의 영향을 받을 수 있으므로 개선하기가 더 어려울 수 있다. 원자 초미세 큐비트의 경우 T₂는 약 1초일 수 있으며, 여기서 T₂의 값은 국부 클록에 대한 큐비트의 에너지 또는 위상과 관련된다.

오늘날의 표준 계측에서, 양자 계산에 사용되는 국부 클록은 초를 정의하는 데(가령, 시간 단위를 정의하는 데) 사용되는 세슘(Cs) 원자 클록을 기반으로 할 수 있다. 세슘 원자는 초미세 큐비트에 사용되는 원자(가령, 이터븀 원자)의 구조와 유사한 초미세 구조(가령, 유사한 물리적 특성)를 가진다. 즉, 세슘 원자에서는 전자 스핀이 핵 스핀과 결합하여 초미세 분할을 형성할 수 있다. 그런 다음 세슘 원자의 상태들 중 두 상태가 사용되어 상기 두 상태 간의 초미세 상호 작용을 기반으로 하는 초가 정의될 수 있다. 세슘의 선택은 다소 임의적일 수 있으며 유사한 바닥 상태를 갖는 다른 원자 종, 가령, 루비듐(Rb) 원자 또는 ¹⁷¹Yb⁺, ¹³³Ba⁺ 또는 ⁴³Ca⁺ 원자 이온이 초(또는 주파수)를 정의할 기준으로서 우수할 수 있다. 일반적으로 사용되는 예에서 국부 클록 또는 국부 오실레이터는 Rb 원자 클록에 연결되고 Rb 전이에 고정되어 약 6.3 GHz의 주파수를 생성할 수 있다.

이하에서 자세히 설명하겠지만, Cs 원자 클록 또는 심지어 Rb 원자 클록을 국부 클록에 대한 절대 주파수 기준(가령, 원자 소스 또는 원자 기준)으로 사용하는 것이 아니라, 원자 초미세 큐비트가 양자 계산을 위한 절대 원자 클록으로서 대신 사용될 수 있다. 즉, 국부 클록은 시간을 정의하기 위한 주파수 기준으로서 상용 원자 클록이 아닌 원자 초미세 큐비트 중 하나의 구조를 사용할 수 있다. 이러한 경우, 시간을 Cs 또는 Rb 원자에 연결하는 대신, 시간을 원자 초미세 큐비트 내 이터븀 원자에 연결할 수 있다. 이것이 완료되면, 추적되는 이테르븀 기반 초미세 큐비트에 대한 모든 변경이 주파수 기준으로 사용되는 원자 초미세 큐비트에서 유사하게 경험되기 때문에 T₂는 지속적으로 동위상일 것이다.

앞서 언급한 바와 같이, T₂가 일반적으로 약 1초일 수 있는 원자 초미세 큐비트의 경우, 시간을 Cs 또는 Rb 원자 클록 대신 원자 초미세 큐비트에 연결하면 국부 클록이 매우 정확해질 수 있고 T₂를 개선할 수 있다. 반면에, T₂가 50ms 정도인 초전도 큐비트의 경우 국부 클록의 정확도는 덜 중요하다. T₂가 1초 또는 수십 초 정도일 때 국부 클록은 10^-11까지 정확할 필요가 있으며 이는 결국 값비싼 요건이 될 수 있다. Rb 원자 클록의 경우, 예를 들어, 오늘날 10^-12만큼 높은 정확도가 달성될 수 있으며, 시간을 원자 초미세 큐비트에 연결하면 국부 클록의 정확도를 10^-18까지 향상시킬 수 있다고 기대할 수 있는데, 이는 오늘날 달성할 수 있는 것보다 최대 여섯 자리 수 더 큰 정확도를 달성할 수 있음을 의미한다. 이것은 또한 T₂가 원자 초미세 큐비트의 경우 1초 내지 100만 초로 확장될 수 있음을 의미한다. 그러나 제공되는 기준 주파수로부터의 미끄러짐은 시간을 기준 원자 초미세 큐비트에 얼마나 잘 연결하느냐에 달려 있다. 이 연결이 헐거울수록 위상에 드리프트가 있을 가능성이 높고 디페이징이 발생할 가능성이 높다. 따라서 원자 초미세 큐비트를 국부 클록의 원자 기준으로 사용하는 이점을 활용하려면 시간을 기준 원자 초미세 큐비트에 잘 연결하는 것이 중요하다.

앞서 언급했듯이 예를 들어 전력선으로부터 60Hz 잡음(또는 그 밖의 다른 잡음 주파수)의 존재와 같이 원자 초미세 큐비트의 에너지 차이에 변동을 유발함으로써, T₂에 영향을 미치는 다른 메커니즘이 있을 수 있다.더 나은 격리에 의해, 가령, 큐비트로의 결합으로부터 60Hz 자기장을 차폐함으로써, T₂를 확장할 수 있다(가령, 1초에서 1000 이상으로). 이는 국부 클록(가령, 무선 주파수(RF) 오실레이터)을 Rb 원자-기반 원자 클록에 더 잘 연결하는 추가 이점을 고려하지 않고, 또한 국부 클록을 Cs 원자-기반 원자 클록 또는 Rb 원자-기반 원자 클록 대신 원자 초미세 큐비트에 연결함으로써 도출될 수 있는 개선을 고려하지 않고, 우수한 자기장 차폐를 단순히 구현함으로써 획득될 수 있다. 즉, 개별적으로 수행하든 조합하여 수행하든지에 무관하게, 우수한 연결 기법, 더 나은 차폐, 그리고 주파수 기준으로 원자 초미세 큐비트를 사용하는 것의 조합이 T₂에 필요한 개선 사항을 제공할 수 있다.

초전도 구조를 기반으로 하는 큐비트는 원자 초미세 큐비트에서 달성할 수 있는 T₁ 및 T₂에 대한 종류의 개선을 만들 수 없으며, 이들 개선 중 적어도 일부는 본 개시 내용에 기재된 다양한 기법을 기반으로 한다. 예를 들어, 원자 초미세 큐비트에 대한 T₁의 개선은 대부분 충돌률을 줄이고 10,000년 시간 스케일에 접근하기 위해 더 나은 진공을 제공하는 것에 관한 것이다. T₂는 RF 오실레이터와 원자 클록(가령, Rb 원자 기반 클록 또는 Cs 원자 기반 클록) 사이에 얼마나 잘 연결되어 있는지와 큐비트 에너지(가령, 에너지 준위 간의 에너지 차이)에 결합할 수 있는 환경 변동(가령, 60Hz 자기장 잡음)에 의해 제한된다. 앞서 기재된 것처럼 T₂ 시간 스케일을 개선하기 위해, 필요한 솔루션은 고전 RF 오실레이터가 시스템 구현 문제인 원자 기준에 최대한 단단하게 고정되도록 하고, 우수한 차폐를 제공함으로써 환경 영향에 의해 야기되는 변동을 회피하는 것이다. 이들은 독립적으로 또는 조합하여 구현될 수 있다. 또한 본 명세서에 기재된 바와 같이, T₂ 시간 스케일은 원자 초미세 큐비트 기준에 연결된 고전 RF 오실레이터를 가짐으로써 개선될 수 있다.

본 개시는 전체 시스템이 국부적 환경 상태의 영향을 상쇄할 수 있도록 큐비트 체인(가령, 원자 초미세 큐비트의 체인) 내 하나 이상의 큐비트를 이용해 체인의 나머지 큐비트 인근의 국부적 환경 상태(가령, 국부 자기장)를 측정함으로써 원자 기준의 안정성을 개선하는 방식에 대한 세부사항을 기재한다. 예를 들어 체인의 큐비트가 이터븀 기반 큐비트인 경우, 이터븀 기반 큐비트 중 하나 이상이 국부 자기장(가령, 국부 자기장의 변동 또는 변화)을 측정하는 데 사용될 수 있다. 체인의 큐비트들은 일반적으로 약 5미크론만큼 이격되어, 32큐비트 구현을 위해 전체 체인을 약 200미크론으로 만든다. 체인 또는 인근 체인에 있는 큐비트의 상대적 근접성을 고려할 때, 특히 60Hz 잡음의 파장이 체인보다 훨씬 더 길고 큐비트에 미치는 이의 영향은 아마도 거의 동일하기 때문에, 큐비트들 중 임의의 하나를 사용하는 것이 모든 큐비트에 미치는 국부 자기장의 정확한 판독치를 제공할 수 있다. 국부 자기장을 탐사하거나 측정하는 데 사용되는 큐비트는 이터븀 기반 큐비트일 필요가 없으며 상이한 원자 또는 종을 기반으로 하는 큐비트일 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 원자 초미세 큐비트에서는 큐비트 상태

및

에 대해 두 가지 준위가 사용된다. 그러나 이들 준위는 대부분 자기장에 둔감한 경향이 있다. 초미세 구조의 다른 준위는 자기장에 더 민감하며 국부 자기장 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이들 다른 준위는 큐비트 상태

및

에 사용되는 준위보다 자기장에 10,000배 더 민감할 수 있다. 이러한 다른 준위를 사용하여 자기장이 측정되면, 국부 자기장의 영향을 제거함으로써 자기장을 안정화하기 위해 피드백 제어의 형태가 구현될 수 있다. 그렇게 함으로써, 자기장에 거의 둔감한 에너지 준위(가령, 큐비트 상태

및

)는 훨씬 덜 민감해질 수 있다. 예를 들어, 자기장 무효화 프로세스가 국부 자기장을 10,000분의 1만큼 감소시키는 경우, 자기장에 거의 둔감한 에너지 준위(가령, 큐비트 상태

및

)가 3 또는 4 자릿수만큼 덜 민감해질 수 있다.

따라서, 본 명세서에 의해 제안된 바와 같이, 양자 계산에 사용되는 것과 동일한 큐비트 유형 또는 상이한 큐비트 유형(가령, 체인의 관람자 큐비트)일 수 있는 체인의 하나 이상의 큐비트를 사용해 국부 환경을 탐사(가령, 국부 자기장을 탐사하거나 측정)하는 것이 가능하고 탐사 결과를 사용하여 체인의 큐비트가 볼 때 매우 안정적인 환경을 제공하는 것이 가능하다. 따라서 환경 영향으로 인한 변동을 피하기 위해 수행할 수 있는 두 가지는 첫 번째로 우수한 자기장 차폐를 제공하고 두 번째로 주변 환경을 탐사하여 이를 안정화하기 위해 인근 큐비트를 사용하는 것이다. 그런 다음 체인에 있는 하나 이상의 큐비트가 국부 탐사에 의한 차폐 및 안정화의 결과로 국부 자기장의 영향을 덜 받을 것이다.

앞서 언급한 바와 같이, 또 다른 개선 사항은 국부 클록 또는 국부 오실레이터를 하나 이상의 원자 초미세 큐비트에 고정하는 것이며, 더 나은 자기장 차폐 및/또는 큐비트의 안정화로 인해, 기준 큐비트는 주파수 기준으로서 사용되기에 훨씬 안정한 큐비트일 수 있다. 이 큐비트는 여전히 약간 변동될 수 있지만, 더 나은 차폐 및 국부 자기장 무효화에 의해 달성된 자기장 안정화로 인해 이전보다 3 또는 4 자릿수 더 작을 수 있다. 국부 오실레이터가 이제 하나 이상의 안정적인 큐비트에 고정되면 여전히 약간 변동하더라도 변동이 더 이상 문제가 되지 않도록(가령, 디페이징이 더는 발생하지 않도록) 큐비트와 국부 오실레이터가 모두 함께 움직인다. 따라서 국부 오실레이터를 큐비트 자체에 연결하거나 근처에 있지만 양자 계산에 참여하지 않는 관람자 큐비트라고도 하는 인근 큐비트에 연결함으로써, 국부 오실레이터가 동일한 변동을 보기 때문에 큐비트의 변동으로 인해 디페이징이 발생하지 않을 수 있다. 즉, 진동을 카운트하는 데 사용되는 장치(가령, 국부 클록 또는 국부 오실레이터) 및 카운트되는 개체(가령, 큐비트)는 서로 고정되어 있다. 이는 시스템의 결맞음을 상당히 확장시킬 수 있고 따라서 T₂의 시간 스케일을 확장시킬 수 있다.

따라서 원자 초미세 큐비트는 큐비트가 완벽하게 격리될 수 있는 한 큐비트의 품질을 완벽에 가깝게 만들 수 있다는 점에서 다른 고체 큐비트(가령, 초전도 큐비트)에 비해 몇 가지 고유한 이점을 제공한다. 큐비트 열화에 대한 두 가지 메커니즘, 즉, T₁에 의해 측정되는 진폭 감쇠와 T₂에 의해 측정되는 위상 감쇠가 본 개시에 설명된 다양한 기법을 사용하여 크게 개선될 수 있다. 진공의 개선이 도움이 될 것이지만, 현재 달성할 수 있는 진공이 대부분의 적용경우에서 큐비트의 T₁을 제한하지 않을 정도로 충분히 양호할 수 있다. 양자 컴퓨터 또는 양자 정보 처리 시스템의 크기가 커지고(가령, 큐비트가 더 많아짐) 계산이 길어짐에 따라 충돌률을 지속적으로 개선할 필요가 있을 수 있다. 오늘날 큐비트에 대한 주요 제한은 (1) 대부분 전력선으로부터의 60Hz 잡음에 의해 지배되는 잔류 자기장 변동 및 (2) 큐비트 주파수와 매칭하기 위해 (고전적인) 실험적 클록(가령, 국부 클록 또는 국부 오실레이터) 주파수를 안정화/고정할 수 있는 기능 때문에 T₂ 시간이다.

앞서 설명한 문제에 대한 해결책과 연관된 다양한 양태가 도 1-8과 관련하여 아래에서 더 자세히 설명된다.

도 1은 일반적으로 진공 챔버 내부에 있는, 단순히 이온 트랩이라고 지칭되는 선형 RF 폴 트랩(Paul trap)을 사용하여 선형 결정 또는 체인(110)에 포획된 (예를 들어, 원자 초미세 큐비트로서 사용하기 위한) 다중 원자 이온(105)을 예시하는 다이어그램(100)을 도시한다. 그런 다음 이들 원자 이온(105)은 양자 계산을 위한 큐비트(가령, 큐비트(105))로서 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 양자 시스템 내 진공 챔버는 체인(110)에 구속되고 거의 정지 상태가 되도록 레이저 냉각된 다중(예를 들어, N > 1, 여기서 N은 100 이상의 수이고, 일부 구현은 N = 32) 원자 이터븀 이온(예를 들어, ¹⁷¹Yb⁺ 이온)을 포획하기 위한 전극을 포함한다. 포획된 원자 이온의 수는 설정 가능하며 더 많거나 적은 원자 이온이 포획될 수 있다. 원자는 ¹⁷¹Yb⁺의 공진으로 동조된 레이저(광학) 복사로 조명되고 원자 이온의 형광이 카메라 상으로 이미징된다. 이 예에서, 원자 이온들은 형광으로 나타낸 때 서로 약 5미크론(μm)의 거리(115)만큼 떨어져 있다. 거리(115)는 예를 들어 약 3 μm 내지 6 μm일 수 있다. 원자 이온들의 이격은 외부 구속력과 쿨롱 반발 사이의 균형에 의해 결정된다. 비결합(lone) 외부 전자를 갖는 단순한 원자 이온, 가령, 알칼리 토류(Be⁺, Mg⁺, Ca⁺, Sr⁺, Ba⁺) 및 특정 전이 금속(Zn⁺, Hg⁺, Cd⁺, and Yb⁺)이 체인(110)에서 사용될 수 있다. 이들 원자 이온 내에서, 큐비트는 두 개의 안정적인 전자 준위로 표현될 수 있으며, 종종 두 개의 큐비트 상태

및

, 또는 이와 상응하게

및

를 갖는 유효 스핀을 특징으로 한다.

큐비트에서 전이(transition)를 구동하기 위해 필요한 라만 빔의 편광은 큐비트 준위의 원자 구조와 이의 여기 상태에 대한 결합에 따라 달라진다. 예를 들어, 본 개시는 도 2의 에너지 준위 다이어그램(200)에 도시된 ¹⁷¹Yb⁺ 시스템(가령, 원자 초미세 시스템)을 고려하며, 여기서 결맞은 자극된 라만 전이가, 두 개의 라만 빔에 대한 σ₊ / σ₊ 또는 σ_- / σ_- 편광을 갖는 355 nm에서의 레이저 필드에 의해 구동되며

및

로 라벨링되고 주파수 ω_q (가령, ω_q/2π=12.6GHz)로 분리되는 두 개의 큐비트 상태를 결합한다(가령, 임의의 라만 프로세스가 σ₊ 또는 σ_-로 편광된 두 빔 모두에 의해 구동된다). 2개의 큐비트 상태

및

의 에너지 준위 외에, 다이어그램(200)은 다른 에너지 준위도 보여주며, 그 중 일부는 큐비트 상태에 대해 사용되는 에너지 준위보다 자기장 또는 다른 환경적 상태에 훨씬 더 민감할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, ¹⁷¹Yb⁺시스템에 대한 것과 유사한 초미세 구조를 갖는 다른 시스템도 본 개시에 설명된 다양한 기법과 관련하여 사용될 수 있다.

도 3a-3c는 본 발명의 양태에 따른 국부 자기장 소거 또는 무효화의 다양한 예를 도시하는 도면(300a-300c)을 각각 도시한다. 일반적으로, 자기장의 영향을 안정화하기 위해서, 자기 투자율이 높은 물질(가령, 뮤 금속 또는 고전도성 구리 또는 극저온에서 초전도성인 물질)을 사용하여 큐비트 주변에 자기 차폐를 구축하는 것이 가장 먼저 수행된다. 자기장은 큐비트 이온과 함께 (또는 매우 가까운 트랩에) 포획된 다른 원자를 사용하고 (자기장에 크게 민감하지 않은 큐비트 상태와 다르게) 자기장에 극도로 민감한 원자 에너지 준위를 사용하여 더 안정화됨으로써, 큐비트에 대한 국부 자기장을 측정할 수 있다. 그런 다음, 국부 자기장 환경을 안정화하기 위해 상쇄 자기장을 추가하는 피드백 루프가 구현될 수 있다.

다이어그램(300a)은 큐비트(105) 근처의 자기장의 양을 줄임으로써 체인(110)의 하나 이상의 큐비트(105)에 대한 T₂의 전체 시간 스케일을 개선하기 위한 안정화 기법의 구현을 설명한다.

안정화 기법의 한 양태는 체인(110)의 큐비트(105)가 경험하는 자기장의 양(예를 들어, 자기장 변동)을 줄이기 위해 자기장 차폐부(340)를 사용하는 것이다. 자기장 차폐부(340)(간단히 자기 차폐부라고도 함)는 정적 또는 저주파 자기장에 대항해 큐비트(105)을 차폐하는 데 사용될 수 있다. 자기장 차폐부(340)는 뮤 금속(mu-metal), 고전도성 구리 또는 극저온에서 초전도성인 물질 중 하나 이상을 포함하는 높은 자기 투자율을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 뮤 금속은 자기 투자율이 매우 높은 니켈-철 연성 강자성 합금으로 구성될 수 있다.

이 예에서, 원자 초미세 큐비트일 수 있는 큐비트(105a)는 양자 계산에 사용될 수 있다. 큐비트(105a)의 안정성 개선(예를 들어, 제공되는 진공이 T1의 제한을 피하기에 충분하다고 가정하면 더 나은 T₂)은 양자 계산을 수행하는 양자 시스템의 전반적인 성능에 도움이 될 수 있다. 큐비트(105b)는 큐비트(105a)과 동일한 국부 환경 상태를 경험하도록 큐비트(105a)에 인접하거나 근처에 있는 또 다른 초미세 큐비트일 수 있다. 큐비트(105a 및 105b)는 병치 큐비트(collocated qubit)라고 할 수 있다. 큐비트(105b)는 탐사 큐비트(probing qubit)(가령, 탐사 큐비트(105b))로 지칭될 수 있다. 큐비트(105a) 옆에 도시되어 있지만, 탐사 큐비트(105b)는 동일한 환경적 상태를 경험할 수 있을 만큼 충분히 가까이 있는 한 큐비트(105a)에 바로 인접할 필요는 없다. 탐사 큐비트(105b)는 큐비트(105a)의 양자 계산에 관여하지 않을 수 있으며 대신 관람자 큐비트로 간주될 수 있다. 따라서, 탐사 큐비트(105b)는 큐비트(105a)에 영향을 미치는 국부 자기장(315)을 측정하거나 탐사하는 데 사용될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 국부 자기장(315)의 변동은 자기장 차폐(340)의 사용으로 인해 그렇지 않았을 때보다 더 낮다. 또한, 탐사 큐비트(105b)는 원자 종 또는 동위원소 측면에서 큐비트(105a)와 다른 원자 또는 이온을 기반으로 할 수 있다.

스태빌라이저(stabilizer)(305)는 국부 자기장(315)을 상쇄하거나 무효화하기 위한 피드백 메커니즘을 제공하는 데 사용될 수 있다. 스태빌라이저(305)는 자기장에 민감한 큐비트(105b)의 에너지 준위를 사용하여 국부 자기장(315)을 측정하거나 탐사하도록 구성된 국부 자기장 측정 구성요소(310)를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 국부 자기장 측정 구성요소(310)는 측정을 수행하기 위해 다양한 광원 및/또는 요소를 포함 및/또는 제어할 수 있다. 스태빌라이저(305)는 국부 자기장 측정 구성요소(310)에 의해 이루어진 측정으로부터 정보를 수신하도록 구성되고 하나 이상의 코일(330)에 인가되는 신호를 생성하기 위해 그 정보를 사용하여 국부 자기장(315)을 상쇄 또는 무효화(또는 적어도 유의미하게 감소)하기 위해 하나 이상의 자기장을 생성할 수 있다. 하나의 구현예에서, 하나 이상의 코일(330)은 지구 자기장과 같은 다른 자기장을 다루기 위해 양자 컴퓨터 또는 양자 정보 처리 시스템에 존재할 수 있고 또한 전술한 바와 같이 큐비트(105)를 안정화시키는 데 사용될 수 있다. 또 다른 구현에서, 하나 이상의 코일(330)은 큐비트(105)를 안정화하는 데 사용되도록 고유하게 구성될 수 있으며, 별도의 코일 세트가 다른 자기장을 처리하는 데 사용될 수 있다.

다이어그램(300b 및 300c)은 체인(110)의 하나 이상의 큐비트(105)에 대한 T₂의 시간 스케일을 안정화하기 위해 다른 구현을 기술한다. 이들 예에서, 큐비트(105a)는 제1 이온 트랩으로 구현된 제1 체인(110a) 내에 있고, 탐사 큐비트(105b)는 제1 이온 트랩에 인접하거나 근처에 위치한 제2 이온 트랩으로 구현된 제2 체인(110b) 내에 있어 탐사 큐비트(105b)가 큐비트(105a)와 동일한 환경 상태(가령, 동일한 국부 자기장(315))를 경험하게 할 수 있다. 또는, 다이어그램(300b 및 300c)의 제1 체인(110a) 및 제2 체인(110b)이 동일한 이온 트랩의 상이한 영역에서 구현될 수 있다.

국부 자기장(315)이 다수의 큐비트(105a)를 덮을 수 있고 다이어그램(300a-300c)과 관련하여 설명된 안정화 메커니즘이 하나보다 많은 큐비트(105a)를 안정화하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 마찬가지로, 상쇄 또는 무효화 자기장을 생성하는 데 필요한 정보를 생성하기 위해 다수의 탐사 큐비트(105b)를 탐사하는 것이 가능할 수 있다.

도 4a-4c는 각각 본 개시의 양태에 따라 주파수 기준으로서 병치된 원자 초미세 큐비트를 사용하는 다양한 예를 도시하는 다이어그램(400a-400c)을 도시한다. 현재, 국부 클록 내 국부 오실레이터의 경우, 안정한 오실레이터가 큐비트 주파수를 추적하기 위해 상업적으로 사용할 수 있는 원자 소스(가령, Rb)에 고정되어 있다. 현재 큐비트 결맞음 시간은 Rb 원자 기준과 큐비트 상태 간의 상대적 안정성에 의해 제한된다. 상이한 접근 방식이 (동일한 환경, 가령, 자기장을 경험하는) 하나 이상의 인근 큐비트를 주파수 기준으로서 사용하여 국부 오실레이터를 고정하여, 큐비트와 원자 기준(현재 설정의 경우 Rb)으로부터 발생하는 에너지 준위의 임의의 차동 편이를 제거하는 것이다. 기본적으로, 큐비트 자체를 주파수 기준으로 사용함으로써, 국부 오실레이터가 큐비트 원자 기준에 고정될 수 있는 정밀도까지 결맞음이 무한 유지될 수 있다.

다이어그램(400a)은 원자 기준(예를 들어, Cs 원자 클록 또는 Rb 원자 클록)이 사용되고 국부 클록(410) 내 국부 RF 오실레이터(LO)(420)가 원자 기준(430)에 의해 제공되는 기준 주파수에 고정되는 일반적인 구현예를 설명한다. 이 둘이 얼마나 잘 연결되어 있는지가 시스템의 전반적인 성능에 영향을 미칠 수 있다.

그런 다음 국부 클록(410)은 체인(110)의 큐비트(105a)(예를 들어, 원자 초미세 큐비트)에서 진동을 추적(예를 들어, 주파수를 추적)하는 데 사용될 수 있다. 앞서 기재한 바와 같이, 환경적 상태로 인한 큐비트(105a)의 에너지 차이의 변화는 큐비트(105a) 및 국부 클록(410)의 디페이즈를 야기할 수 있다.

다이어그램(400b)은 체인(110)의 하나 이상의 큐비트(105)에 대한 결맞음 및 T₂의 전체 시간 스케일을 개선하여 디페이징을 줄이거나 제거하기 위한 안정화 기술의 구현을 설명한다. 이 예에서, 국부 클록(410) 및 국부 RF 오실레이터(420)를 상용화된 원자 기준(예를 들어, Cs 원자 클록 또는 Rb 원자 클록)에 연결 대신에, 체인(110) 내 큐비트(105c)(또한 기준 큐비트(105c)라고도 지칭됨)에 연결된다. 이러한 구현예에서, 환경 상태에 의해 야기된 큐비트(105a)의 임의의 변동이 기준 큐비트(105c)에서도 경험되기 때문에 디페이징이 발생할 가능성이 적다.

다이어그램(400c)은 다이어그램(400b)에서와 유사한 또 다른 구현예를 보여주는데, 여기서, 큐비트(105a)가 제1 이온 트랩으로 구현된 제1 체인(110a) 내에 있고 기준 큐비트(105c)가 제1 이온 트랩에 인접하거나 근처에 위치된 제2 이온 트랩으로 구현된 제2 체인(110b) 내에 있어서, 기준 큐비트(105c)는 큐비트(105a)와 동일한 환경 상태를 경험하게 할 수 있다. 다시 말하자면, 환경 상태에 의해 야기된 큐비트(105a)의 임의의 변동이 기준 큐비트(105c)에서도 경험되기 때문에 디페이징이 발생할 가능성이 적다. 또는, 다이어그램(400c)의 제1 체인(110a) 및 제2 체인(110b)이 동일한 이온 트랩의 상이한 영역에서 구현될 수 있다.

도 3a-3c 및 도 4a-4c와 관련하여 기재된 기술이 탐사 큐비트(106b)가 국부 환경 상태를 측정하거나 탐사하여 그 영향을 상쇄하거나 무효화하는 데 사용될 수 있고 또한 기준 큐비트(105c)가 국부 클록 또는 국부 오실레이터에 대한 원자 주파수 기준으로 사용될 수 있도록 결합될 수 있다. 탐사 큐비트(105b)와 기준 큐비트(105c)는 원자종이나 동위원소 측면에서 서로 다른 큐비트이거나 동일한 큐비트일 수 있다.

이제 도 5를 참조하면, 컴퓨터 장치(500)의 예가 도시되어 있다. 컴퓨터 장치(500)는 예를 들어 단일 컴퓨팅 장치, 다수의 컴퓨팅 장치 또는 분산 컴퓨팅 시스템을 나타낼 수 있다. 컴퓨터 장치(500)는 양자 컴퓨터(예를 들어, 양자 정보 처리(QIP) 시스템), 고전 컴퓨터, 또는 양자 및 고전 컴퓨팅 기능의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 장치(500)는 포획 이온 기술에 기초한 양자 알고리즘을 사용하여 정보를 처리하는 데 사용될 수 있으며 따라서 (예를 들어, T₂ 시간 스케일을 개선하기 위해) 인근 큐비트를 사용하여 결맞은 제어기의 능동적 안정화를 포함하는 방법 또는 기술을 구현할 수 있다. 컴퓨터 장치(500)는 또한 더 나은 진공 기술과 같이 T₁ 시간 스케일을 개선하는 기술을 구현할 수 있다. 본 명세서에 기재된 다양한 기술을 구현할 수 있는 QIP 시스템으로서의 컴퓨터 장치(500)의 일반적인 예가 도 6에 도시된 예에 도시되어 있다.

컴퓨터 장치(500)는 본 명세서에 기재된 하나 이상의 특징과 연관된 처리 기능을 수행하기 위한 프로세서(510)를 포함할 수 있다. 프로세서(510)는 프로세서의 단일 또는 다중 세트 또는 멀티-코어 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(510)는 통합 처리 시스템 및/또는 분산 처리 시스템으로 구현될 수 있다. 프로세서(510)는 중앙 처리 장치(CPU), 양자 처리 장치(QPU), 그래픽 처리 장치(GPU) 또는 이러한 유형의 프로세서들의 조합을 포함할 수 있다. 양자 연산을 지원할 때, 프로세서(510)는 양자 연산을 구현하기 위해 적어도 포획된 이온을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 프로세서(510)는 더 구체적인 기능, 가령, 인근 큐비트를 이용해 결맞은 제어기의 능동적 안정화를 위한 기능을 수행하도록 추가 프로세서(510)를 더 포함할 수 있는 컴퓨터 장치(500)의 일반 프로세서를 지칭할 수 있으며, 이는 큐비트에서의 국부 환경 상태의 상쇄 또는 무효화 또는 상용화된 원자 클록 대신 원자 주파수 기준으로서 큐비트를 사용하는 것 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다.

예를 들어, 컴퓨터 장치(500)는 본 명세서에 기재된 기능을 수행하기 위해 프로세서(510)에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하기 위한 메모리(520)를 포함할 수 있다. 하나의 구현예에서, 예를 들어, 메모리(520)는 본 명세서에 기재된 기능 또는 동작 중 하나 이상을 수행하기 위한 코드 또는 명령을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 대응할 수 있다. 하나의 예에서, 메모리(520)는 도 7 및 8과 관련하여 아래에서 기재된 방법(700) 및 방법(800)의 양태를 수행하기 위한 명령을 포함할 수 있다. 프로세서(510)와 마찬가지로, 메모리(520)는 컴퓨터 장치(6500)의 일반적인 메모리를 지칭할 수 있으며, 컴퓨터 장치는 특정 기능을 위한 명령 및/또는 데이터, 가령, 인근 큐비트를 이용해 결맞은 제어기의 능동적 안정화를 위한 명령 및/또는 데이터를 저장하기 위해 추가 메모리(520)를 더 포함할 수 있다.

또한, 컴퓨터 장치(500)는 본 명세서에 기재된 바와 같은 하드웨어, 소프트웨어 및 서비스를 이용하는 하나 이상의 당사자와의 통신을 설정 및 유지하기 위해 제공되는 통신 구성요소(530)를 포함할 수 있다. 통신 구성요소(530)는 컴퓨터 장치(600)의 구성요소들 사이뿐만 아니라 컴퓨터 장치(500)와 외부 장치, 가령, 통신 네트워크에 걸쳐 위치하는 장치 및/또는 컴퓨터 장치(500)에 직렬로 또는 로컬하게 연결된 장치 사이의 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 구성요소(530)는 하나 이상의 버스를 포함할 수 있고, 외부 장치와 인터페이싱하도록 동작 가능한 송신기 및 수신기와 각각 연관된 송신 체인 구성요소 및 수신 체인 구성요소를 더 포함할 수 있다.

추가로, 컴퓨터 장치(500)는 본 명세서에 기재된 구현과 관련하여 사용되는 정보, 데이터베이스 및 프로그램의 대용량 저장소를 제공하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 임의의 적절한 조합일 수 있는 데이터 저장소(540)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장소(540)는 운영 체제(560)(예를 들어, 고전 OS 또는 양자 OS)에 대한 데이터 저장소일 수 있습니다. 하나의 구현예에서, 데이터 저장소(540)는 메모리(520)를 포함할 수 있다.

컴퓨터 장치(500)는 또한 컴퓨터 장치(500)의 사용자로부터 입력을 수신하고 사용자에게 제공하기 위한 출력을 생성하거나 (직접 또는 간접적으로) 다른 시스템에 제공하도록 추가로 작동 가능한 사용자 인터페이스 구성요소(550)를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 구성요소(550)는 하나 이상의 입력 장치, 비제한적 예를 들면, 키보드, 숫자 패드, 마우스, 터치 감지 디스플레이, 디지타이저, 내비게이션 키, 기능 키, 마이크로폰, 음성 인식 구성요소, 사용자로부터 입력을 수신할 수 있는 그 밖의 다른 임의의 수단, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스 구성요소(550)는 하나 이상의 출력 장치, 비제한적 예를 들면, 디스플레이, 스피커, 햅틱 피드백 메커니즘, 프린터, 사용자에게 출력을 제시할 수 있는 임의의 다른 메커니즘, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

하나의 구현예에서, 사용자 인터페이스 구성요소(550)는 운영 체제(560)의 동작에 대응하는 메시지를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(510)는 운영 체제(560) 및/또는 애플리케이션 또는 프로그램을 실행할 수 있고, 메모리(520) 또는 데이터 저장소(540)는 이를 저장할 수 있다.

컴퓨터 장치(500)가 클라우드 기반 인프라구조 솔루션의 일부로 구현될 때, 사용자 인터페이스 구성요소(550)는 클라우드 기반 인프라 솔루션의 사용자가 컴퓨터 장치(500)와 원격으로 상호대화할 수 있도록 하는 데 사용될 수 있다.

도 6은 본 개시의 양태에 따른 QIP 시스템(600)의 예를 예시하는 블록도이다. QIP 시스템(600)은 또한 양자 컴퓨팅 시스템, 컴퓨터 장치 등으로 지칭될 수 있다. 하나의 양태에서, QIP 시스템(600)은 도 5의 컴퓨터 장치(500)의 양자 컴퓨터 구현의 일부에 대응할 수 있다. 또한, 다이어그램(300a, 300b, 300c, 400a, 400b 및 400c)의 양태는 QIP 시스템(600)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 이들 다이어그램의 양태는 QIP 시스템(600)의 챔버(650)에서 또는 챔버(650)와 관련하여 구현될 수 있다.

QIP 시스템(600)은 광학 제어기(620)에 의해 이온화(가령, 광이온화)되면 원자 종을 포획하는 이온 트랩(670)을 갖는 챔버(650)(가령, 도 1의 체인(110)과 연관된 진공 챔버)에 원자 종(가령, 중성 원자의 플럭스)을 제공하는 소스(660)를 포함할 수 있다. 광학 제어기(620)의 광원(630)은 원자 종의 이온화, 원자 이온의 제어, 원자 이온의 형광을 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 레이저 소스(예를 들어, 광학 또는 레이저 빔의 소스)를 포함하여 광학 제어기(620)의 이미징 시스템(640)에서 작동하는 이미지 처리 알고리즘에 의해 모니터링 및 추적 및/또는 본 명세서에 기재된 추적, 탐사 및/또는 측정 기능을 수행할 수 있다. 하나의 양태에서, 광원(630)은 광학 제어기(620)와 분리되어 구현될 수 있다.

이미징 시스템(640)은 원자 이온이 이온 트랩에 제공되는 동안 또는 이온 트랩(670)에 제공된 후에 원자 이온을 모니터링하기 위한 고해상도 이미저(예를 들어, CCD 카메라)를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이미징 시스템(640)은 광학 제어기(620)와 별도로 구현될 수 있지만, 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 원자 이온을 검출, 식별 및 라벨링하기 위한 형광의 사용은 광학 제어기(620)와 조정될 필요가 있을 수 있다.

QIP 시스템(600)은 QIP 시스템(600)의 다른 부분(도시되지 않음)과 함께 작동하여 양자 알고리즘 또는 양자 연산, 가령, 단일 큐비트 연산 및/또는 다중 큐비트 연산(가령, 2-큐비트 연산)의 조합의 스택 또는 시퀀스 및 확장된 양자 계산을 수행하는 알고리즘 구성요소(610)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 알고리즘 구성요소(610)는 양자 알고리즘 또는 양자 연산의 구현을 가능하게 하기 위해 QIP 시스템(600)의 다양한 구성요소(예를 들어, 광학 제어기(620))에 명령을 제공할 수 있으며, 결과적으로 큐비트의 품질을 향상시키기 위해 본 명세서에 기재된 다양한 기법을 구현할 수 있다.

또한 도 6에 QIP 시스템(600)의 일부로서 스태빌라이저(305), 국부 클록(410) 및 코일(330)이 도시되어 있다. 스태빌라이저(305) 및 국부 클록(410)은 QIP 시스템(600)의 다른 구성요소 또는 하위-구성요소, 가령, 광학 제어기(620) 및 이온 트랩(6760)으로 형성된 이온의 체인과 관련하여 동작할 수 있다. 코일(330)은 QIP 시스템(600)의 상이한 위치에 배치될 수 있으며 일부 구현예에서는 챔버(650) 외부 및/또는 내부에 코일이 배치될 수 있다.

도 7을 참조하면, 큐비트에서 위상 감쇠를 안정화하기 위한(예를 들어, 큐비트의 T₂ 시간 스케일을 개선하기 위한) 방법(700)이 기재된다. 하나의 양태에서, 방법(700)은 컴퓨터 시스템, 가령, 앞서 기재된 컴퓨터 장치(500)에서 수행될 수 있으며, 여기서, 예를 들어 프로세서(510), 메모리(520), 데이터 저장소(540) 및/또는 운영 체제(560)가 상기 방법(700)의 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 방법(700)의 기능은 QIP 시스템의 하나 이상의 구성요소, 가령, QIP 시스템(600) 및 이의 구성요소(가령, 스태빌라이저(305), 광학 제어기(620))에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 방법(700)과 관련하여 본 명세서에 기재된 각각의 양태는 단독으로 또는 다른 양태와 결합하여 컴퓨터 장치(500) 및 QIP 시스템(600)에서 구현될 수 있다.

(702)에서, 방법(700)은 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 제공하는 단계를 포함한다(예를 들어, 도 3a-3c의 큐비트(105a 및 105b) 참조).

(704)에서, 방법(700)은 제2 큐비트 이온을 이용해 자기장 변동을 측정하는 것을 포함한다(예를 들어, 도 3a-3c의 스태빌라이저(305) 및 국부 자기장 측정 구성요소(310) 참조).

(706)에서, 방법(700)은 측정된 자기장 변동에 기초하여 하나 이상의 자기장을 생성하는 단계를 포함하며, 하나 이상의 자기장은 제1 큐비트 이온 근처에 인가되어 자기장 변동을 상쇄하여 제1 큐비트 이온의 위상 댐핑을 안정화할 수 있다(예를 들어, 도 3a-3c의 스태빌라이저(305), 상쇄 자기장 발생 구성요소(320) 및 코일(330)).

방법(700)은 하나의 제1 큐비트 이온 및 하나의 제2 큐비트 이온과 관련하여 기재되지만, 방법(700)은 그렇게 제한될 필요가 없으며 하나 이상의 제1 큐비트 이온 및 하나 이상의 제2 큐비트 이온으로 수행될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 방법(700)은 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 하나의 제2 큐비트 이온, 하나의 제1 큐비트 이온 및 적어도 하나의 제2 큐비트 이온, 또는 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 적어도 하나의 제2 큐비트 이온으로 수행될 수 있다.

방법(700)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온은 원자 초미세 큐비트이다.

방법(700)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온은 동일한 원자 이온 또는 동일한 원자 종으로 구성된다(예를 들어, 둘 다 이터븀 원자 기반 큐비트임).

방법(700)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온은 상이한 원자 이온 또는 상이한 원자 종으로 이루어진다.

방법(700)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온은 원자 초미세 큐비트이고, 제1 큐비트 이온은 제1 파장의 광으로 어드레싱 가능하고, 제2 큐비트 이온은 광의 제1 파장과 상이한 다른 제2 파장의 광으로 어드레싱 가능하다. 예를 들어, 제1 큐비트 이온은 ¹⁷¹Yb⁺로 만들어지고 제2 큐비트 이온은 ¹³³Ba⁺로 만들어진다.

방법(700)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 및 제2 큐비트는 동일한 이온 트랩에 함께 포획된다(예를 들어, 도 3a 참조).

방법(700)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트는 제1 이온 트랩에 포획되고 제2 큐비트는 제1 이온 트랩에 인접한 제2 이온 트랩에 포획된다(예를 들어, 도 3b 및 3c 참조).

방법(700)의 하나의 양태에서, 제2 큐비트 이온은 자기장에 민감한 에너지 준위를 가지며, 제2 큐비트 이온을 사용하여 자기장 변동을 측정하는 것은 자기장에 민감한 제2 큐비트 이온의 에너지 준위를 사용하여 자기장 변동을 측정하는 것을 포함한다. 제2 큐비트 이온은 자기장에 둔감한 다른 에너지 준위를 가질 수 있다. 자기장에 민감한 에너지 준위는 예를 들어 제만(Zeeman) 준위를 포함할 수 있다. 또한, 제2 큐비트 이온을 사용하여 자기장 변동을 측정하는 것은 자기장 변동의 특성을 검출하기 위해 자기장에 민감한 제2 큐비트 이온의 에너지 준위를 (예를 들어, 광학 제어기(620)를 사용하여 광학적 탐사를 수행함으로써) 광학적으로 탐사하는 것을 포함한다.

방법(700)의 하나의 양태에서, 자기장 변동은 60 Hz 노이즈를 포함한다. 다른 경우에, 노이즈는 50Hz, 100Hz 및/또는 120Hz 노이즈일 수 있다.

방법(700)의 하나의 양태에서, 방법(700)은 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온 근처의 자기장 변동을 감소시키도록 구성된 자기 차폐부(예를 들어, 자기장 차폐부(340))를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 여기서 자기 차폐부는 뮤 금속(mu-metal), 고전도성 구리, 또는 극저온의 초전도 물질 중 하나 이상을 포함하는 높은 자기 투자율을 갖는 물질로 만들어진다.

방법(700)의 하나의 양태에서, 자기장 변동을 측정하고 자기장 변동을 상쇄하기 위해 하나 이상의 자기장을 생성하는 시퀀스가 피드백 루프의 일부로서 반복된다. 일부 구현예에서, 피드백 루프는 적어도 1KHz의 대역폭을 가질 수 있다.

방법(700)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온은 양자 계산에 참여하도록 구성되고 제2 큐비트 이온은 양자 계산에 참여하도록 구성되지 않은 관람자 큐비트이다.

방법(700)의 양태에서, 방법(700)은 (예를 들어, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온에 더하여) 하나 이상의 추가 큐비트 이온을 제공하는 단계를 더 포함하며, 여기서 하나 이상의 자기장은 제1 큐비트 및 하나 이상의 추가 큐비트 이온 근처에 인가되어 자기장 변동을 상쇄시킴으로써 제1 큐비트 이온 및 하나 이상의 추가 큐비트 이온의 위상 감쇠를 안정화할 수 있다. 하나 이상의 추가 큐비트 이온은 제1 큐비트 이온과 동일한 이온 트랩에 있거나 근처의 이온 트랩에 있을 수 있다.

방법(700)과 관련하여, QIP 시스템은 이러한 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. QIP 시스템은 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 갖는 적어도 하나의 이온 트랩(예를 들어, 하나 이상의 이온 트랩(670)), 하나 이상의 코일(예를 들어, 하나 이상의 코일(330)), 및 큐비트에서 위상 감쇠를 안정화하기 위한 스태빌라이저(가령, 스태빌라이저(305))를 포함하는 QIP 시스템(600)의 구현예일 수 있다. 이 구현예에서, 스태빌라이저는 (예를 들어, 스태빌라이저(305)의 국부 자기장 측정 구성요소(310)에 의해) 제2 큐비트 이온을 사용하여 자기장 변동을 측정하고, 하나 이상의 코일을 사용하여 (예를 들어, 스태빌라이저(305)의 상쇄 자기장 생성 구성요소(320)에 의해) 측정된 자기장 변동에 기초하여 하나 이상의 자기장을 생성하도록 구성되며, 상기 하나 이상의 자기장은 (가령, 코일(330)에 의해) 제1 큐비트 이온 근처에 인가되어 자기장 변동을 상쇄함으로써 제1 큐비트 이온의 위상 감쇠를 안정화시킬 수 있다.

또한, 큐비트에서 위상 감쇠를 안정화하는 방법(700)은 프로세서(예를 들어, 프로세서(510))에 의해 실행 가능한 명령과 함께 코드를 저장하는 컴퓨터 판독형 저장 매체(가령, 메모리(520) 및/또는 데이터 저장소(540))에 의해 구현될 수 있다.

도 8을 참조하면, 큐비트에서 위상 감쇠를 안정화하기 위한(예를 들어, T₂ 시간 스케일을 개선하기 위한) 방법(800)이 기재된다. 하나의 양태에서, 방법(800)은 컴퓨터 시스템, 가령, 앞서 기재된 컴퓨터 장치(500)에서 수행될 수 있으며, 여기서, 예를 들어 프로세서(510), 메모리(520), 데이터 저장소(540) 및/또는 운영 체제(560)가 상기 방법(700)의 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 방법(800)의 기능은 QIP 시스템의 하나 이상의 구성요소, 가령, QIP 시스템(600) 및 이의 구성요소(가령, 스태빌라이저(305), 광학 제어기(620))에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 방법(800)과 관련하여 본 명세서에 기재된 각각의 양태는 단독으로 또는 다른 양태와 결합하여 컴퓨터 장치(500) 및 QIP 시스템(600)에서 구현될 수 있다.

(802)에서, 방법(800)은 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 제공하는 단계를 포함한다(예를 들어, 도 4b 및 4c의 큐비트(105a 및 105b) 참조).

(804)에서, 방법(800)은 국부 오실레이터를 제2 큐비트 이온과 연관된 주파수 기준에 고정시키는 것을 포함한다(예를 들어, 도 4b 및 4c에서 큐비트(105c)에 의해 제공되는 원자 기준에 고정된 국부 클록(410)의 국부 RF 발진기(420) 참조).

(806)에서, 방법(800)은 국부 오실레이터를 사용하여 주파수 기준에 기초하여 제1 큐비트 이온의 주파수를 추적하는 것을 포함한다(예를 들어, 국부 클록(410)에서 국부 RF 발진기(420)에 의한 큐비트(105a)의 추적 참조).

방법(800)은 하나의 제1 큐비트 이온 및 하나의 제2 큐비트 이온과 관련하여 기재되지만, 방법(800)은 그렇게 제한될 필요가 없으며 하나 이상의 제1 큐비트 이온 및 하나 이상의 제2 큐비트 이온으로 수행될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 방법(800)은 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 하나의 제2 큐비트 이온, 하나의 제1 큐비트 이온 및 적어도 하나의 제2 큐비트 이온, 또는 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 적어도 하나의 제2 큐비트 이온으로 수행될 수 있다.

방법(800)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온은 동일한 원자 초미세 구조를 가진다.

방법(800)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온과 제2 큐비트 이온은 상이한 이온 종이다.

방법(800)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온은 원자 초미세 구조를 갖고 상이한 파장의 광으로 어드레싱될 수 있다.

방법(800)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온은 ¹⁷¹Yb⁺로 만들어지고 제2 큐비트 이온은 ¹³³Ba⁺로 만들어진다.

방법(800)의 하나의 양태에서, 제1 큐비트 이온과 제2 큐비트 이온은 서로 가깝고 실질적으로 동일한 환경 변동을 경험한다. 제1 큐비트 이온과 제2 큐비트 이온은 동일한 이온 트랩에 있거나 별개이지만 인접한 이온 트랩에 있음으로써 서로 가깝다.

방법(800)의 하나의 양태에서, 방법(800)은 (예를 들어, 스태빌라이저(305)의 국부 자기장 측정 구성요소(310)에 의해) 제2 큐비트 이온을 사용하여 자기장 변동을 측정하는 단계, 및 하나 이상의 코일을 사용하여 (예를 들어, 스태빌라이저(305)의 상쇄 자기장 생성 구성요소(320)에 의해) 측정된 자기장 변동에 기초하여 하나 이상의 자기장을 생성하도록 구성되며, 상기 하나 이상의 자기장은 (가령, 코일(330)에 의해) 제1 큐비트 이온 근처에 인가되어 자기장 변동을 상쇄하는 단계를 더 포함한다.

방법(800)과 관련하여, QIP 시스템은 이러한 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. QIP 시스템은 제1 큐비트 이온 및 제2 큐비트 이온을 갖는 적어도 하나의 이온 트랩(예를 들어, 하나 이상의 이온 트랩(670)) 및 국부 오실레이터(예를 들어, 국부 RF 오실레이터)를 포함하는 QIP 시스템(600)의 구현일 수 있고 여기서 국부 오실레이터는 제2 큐비트 이온과 연관된 주파수 기준에 고정되고, 국부 오실레이터는 주파수 기준에 기초하여 제1 큐비트 이온의 주파수를 추적하도록 구성된다.

또한, 큐비트에서 위상 감쇠를 안정화하는 방법(800)은 프로세서(예를 들어, 프로세서(510))에 의해 실행 가능한 명령과 함께 코드를 저장하는 컴퓨터 판독형 저장 매체(가령, 메모리(520) 및/또는 데이터 저장소(540))에 의해 구현될 수 있다.

본 발명의 이전 설명은 통상의 기술자가 본 발명을 만들거나 사용할 수 있도록 제공된다. 본 개시에 대한 다양한 수정은 통상의 기술자에게 용이하게 자명할 것이며, 본 명세서에 정의된 공통 원리는 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 변형에 적용될 수 있다. 또한, 기재된 양태의 요소가 단수형으로 기재되거나 청구될 수 있지만, 단수형에 대한 제한이 명시적으로 언급되지 않는 한 복수형이 고려된다. 추가로, 임의의 양태의 전부 또는 일부는 달리 언급되지 않는 한 임의의 다른 양태의 전부 또는 일부와 함께 이용될 수 있다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에 기재된 실시예 및 설계에 제한되지 않고 본 명세서에 개시된 원리 및 신규 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 부여되어야 한다.

Claims

포획 이온 양자 정보 처리(QIP) 시스템으로서,
적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 적어도 하나의 제2 큐비트 이온을 갖는 적어도 하나의 이온 트랩,
하나 이상의 코일, 및
큐비트에서 위상 감쇠(phase damping)를 안정화하기 위한 스태빌라이저
를 포함하며, 상기 스태빌라이저는
적어도 하나의 제2 큐비트 이온을 사용하여 자기장 변동을 측정하고,
하나 이상의 코일을 사용하여, 측정된 자기장 변동에 기초하여 하나 이상의 자기장을 생성하도록 구성되며, 상기 하나 이상의 자기장은 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 근처에 인가되어 자기장 변동을 상쇄함으로써 적어도 하나의 제1 큐비트 이온의 위상 감쇠를 안정화하는, QIP 시스템.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온은 복수의 제1 큐비트 이온을 포함,
상기 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 복수의 제2 큐비트 이온을 포함, 또는
적어도 하나의 제1 큐비트 이온은 복수의 제1 큐비트 이온을 포함하고 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 복수의 제2 큐비트 이온을 포함하는, QIP 시스템.
제1항에 있어서, 상기 위상 감쇠는 파라미터 T₂의 측정에 의해 특징지어지는, QIP 시스템.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 상기 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 원자 초미세 큐비트인, QIP 시스템.
제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온은 제1 파장의 광으로 어드레싱될 수 있고 상기 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 광의 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광으로 어드레싱될 수 있는, QIP 시스템.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온은 ¹⁷¹Yb⁺로 이루어진 큐비트이고 상기 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 ¹³³Ba⁺로 이루어진 큐비트인, QIP 시스템.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 이온 트랩은 단일 이온 트랩을 포함하고,
적어도 하나의 제1 큐비트와 적어도 하나의 제2 큐비트는 단일 이온 트랩에 함께 포획되는, QIP 시스템.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 이온 트랩은 제1 이온 트랩 및 제1 이온 트랩 근처의 제2 이온 트랩을 포함하고,
적어도 하나의 제1 큐비트는 제1 이온 트랩에 포획되고 적어도 하나의 제2 큐비트는 제2 이온 트랩에 포획되는, QIP 시스템.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 자기장에 민감한 에너지 준위를 가지며,
상기 스태빌라이저는 자기장에 민감한 적어도 하나의 제2 큐비트 이온의 에너지 준위를 사용하여 자기장 변동을 측정하도록 구성되는, QIP 시스템.
제9항에 있어서, 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 자기장에 둔감한 다른 에너지 준위를 갖는, QIP 시스템.
제9항에 있어서, 자기장에 민감한 에너지 준위는 제만(Zeeman) 준위를 포함하는, QIP 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자기장 변동은 60Hz 노이즈를 포함하는, QIP 시스템.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 적어도 하나의 제2 큐비트 이온 근처에서 자기장 변동을 감소시키도록 구성된 자기 차폐부를 더 포함하며, 상기 자기 차폐부는 뮤 금속, 고전도성 구리, 또는 극저온에서의 초전도성 물질 중 하나 이상을 포함하는 고투자율 물질로 만들어지는, QIP 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스태빌라이저는 자기장 변동의 측정 및 자기장을 상쇄하기 위한 하나 이상의 자기장의 생성을 포함하는 시퀀스를 피드백 루프의 일부로서 반복하도록 구성되는, QIP 시스템.
제14항에 있어서, 상기 피드백 루프는 적어도 1KHz의 대역폭을 갖는 QIP 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스태빌라이저는 자기장 변동의 특성을 검출하기 위해 자기장에 민감한 적어도 하나의 제2 큐비트 이온의 에너지 준위를 광학적으로 탐사하도록 추가로 구성됨으로써 적어도 하나의 제2 큐비트 이온을 사용하여 자기장 변동을 측정하도록 구성되는, QIP 시스템.
제1항에 있어서,
QIP 시스템은 양자 계산을 수행하도록 구성되며,
적어도 하나의 제1 큐비트 이온은 양자 계산에 참여하도록 구성되고,
적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 양자 계산에 참여하도록 구성되지 않은 관람자 큐비트인, QIP 시스템.
포획 이온 양자 정보 처리(QIP) 시스템으로서,
적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 적어도 하나의 제2 큐비트 이온을 갖는 적어도 하나의 이온 트랩, 및
국부 오실레이터를 포함하며,
상기 국부 오실레이터는 적어도 하나의 제2 큐비트 이온과 연관된 주파수 기준에 고정되고,
상기 국부 오실레이터는 상기 주파수 기준에 기초하여 상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온의 주파수를 추적하도록 구성되는, QIP 시스템.
제18항에 있어서, 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 동일한 원자 초미세 구조를 갖는, QIP 시스템.
제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 상기 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 상이한 이온 종인, QIP 시스템.
제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 상기 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 원자 초미세 구조를 갖고 서로 다른 파장의 광으로 어드레싱될 수 있는, QIP 시스템.
제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온은 ¹⁷¹Yb⁺로 만들어지고 상기 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 ¹³³Ba⁺로 만들어지는, QIP 시스템.
제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 큐비트 이온 및 상기 적어도 하나의 제2 큐비트 이온은 상기 적어도 하나의 이온 트랩에서 서로 근접하고 실질적으로 동일한 환경 변동을 경험하는, QIP 시스템.