TWI846000B - 用於冷卻由一原子物件侷限設備侷限之一原子物件之方法 - Google Patents

Abstract

使用一S至P至D之EIT冷卻操作來冷卻侷限在一原子物件侷限設備之一特定區域中之一原子物件。與該原子物件侷限設備相關聯之一控制器控制第一操縱源及第二操縱源分別將第一縱信號及第二操縱信號提供給該特定區域。該第一操縱信號由一第一波長表徵，該第一波長對應於該原子物件之一第一組分之一S流形與一P流形之間的一躍遷，且按一第一解諧量與S至P躍遷解諧。該第二操縱信號由一第二波長表徵，該第二波長對應於該第一組分之該P流形與一D流形之間的一躍遷，且按一第二解諧量與P至D躍遷解諧。選擇該第一解諧量及該第二解諧量來確立與該S流形與該D流形之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。

Description

用於冷卻由一原子物件侷限設備侷限之一原子物件之方法

各種實施例係關於對由一原子物件侷限設備侷限之原子物件之雷射冷卻。舉例而言，各種實施例係關於使用一S至P至D躍遷之協同EIT冷卻。舉例而言，各種實施例係關於使用原子物件時脈狀態之協同EIT冷卻。

在各種情景中，可期望冷卻由一離子阱捕集之離子，使得可對離子執行各種操作(例如，實驗、受控制量子演進及/或諸如此類)。然而，習用雷射冷卻技術趨向於複雜及/或需要高功率雷射束。透過所施加努力、獨創性及創新，藉由開發根據本發明之實施例構造之解決方案，已解決此類習用雷射冷卻系統之諸多缺陷，本文中詳細闡述了該等習用雷射冷卻系統之諸多實例。

實例性實施例提供量子電腦、系統、設備及/或諸如此類以及用於藉由一原子物件之一第一組分之P流形方式、基於該原子物件之該第一組分之一S流形之一或多種狀態至該原子物件之該第一組分之一D流形之一或多種狀態之間的一個雙光子諧振躍遷來執行EIT冷卻的對應方 法。實例性實施例提供量子電腦、系統、設備及/或諸如此類以及用於基於一原子物件之一第一組分之時脈狀態來執行EIT冷卻的對應方法。在各種實施例中，一原子物件係一原子晶體、原子群組(中性的及/或離子化的)或分子群組(中性的及/或離子化的)，並且該原子物件之一組分(例如，該第一組分)係該原子物件之一特定類型(例如，元素類型、化學式及/或諸如此類)之至少一個原子或分子。舉例而言，在一實例性實施例中，該原子物件包括一第一元素類型之一冷卻離子及一第二元素類型之一量子位元離子，其中該冷卻離子在本文中被稱為實例性原子物件之第一組分。舉例而言，在一實例性實施例中，經由EIT冷卻來冷卻該原子物件之該第一組分，並且經由與該原子物件之該第一組分之相互作用、經由協同冷卻來冷卻該原子物件之該第二組分。在一實例性實施例中，該第二組分被用作一量子電腦之一量子位元。

根據一項態樣，提供一種用於冷卻由一原子物件侷限設備侷限之一原子物件之方法。在一實例性實施例中，該方法包括由與該原子物件侷限設備相關聯之一控制器控制一第一操縱源，以將一第一操縱信號提供給該原子物件侷限設備之一特定區域。該方法進一步包括由該控制器控制一第二操縱源，以將一第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域。待冷卻之該原子物件位於該原子物件侷限設備之該特定區域中。該第一操縱信號由一第一波長表徵，該第一波長對應於該原子物件之一第一組分之一S流形與一P流形之間的一躍遷，且按一第一解諧量與該S流形與該P流形之間的該躍遷解諧。該第二操縱信號由一第二波長表徵，該第二波長對應於該原子物件之該第一組分之該P流形與一D流形之間的一躍遷，且按一第二解諧量與P流形與該D流形之間的該躍遷解諧。選擇 該第一解諧量及該第二解諧量來確立與該S流形與該D流形之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。

在一實例性實施例中，該原子物件係包括兩個或更多個離子之一離子晶體，並且該原子物件之該第一組分係一第一原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者。

在一實例性實施例中，該原子物件之該第一組分經組態以供在該晶體之一協同冷卻方案中用作一冷卻劑離子。

在一實例性實施例中，該原子物件之一第二組分係一第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者，該第二原子物件類型不同於該第一原子物件類型，且其中該第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者經組態以供用作包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一量子位元。

在一實例性實施例中，該第一解諧量與該第二解諧量實質上相等。在一實例性實施例中，該第一操縱信號係一經π偏振雷射束，並且該第二操縱信號係一經σ偏振雷射束。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號之一偏振及該第二操縱信號之一偏振對應於與該暗態相關聯之該雙光子躍遷。

在一實例性實施例中，該方法進一步包括致使在該原子物件侷限設備之該特定區域中產生具有一磁場方向之一磁場，其中該原子物件或該原子物件侷限設備之該特定區域中之一者界定一原子物件軸線，並且該磁場方向橫向於該原子物件軸線。

在一實例性實施例中，該磁場方向與該原子物件軸線形成三十至六十度之一範圍中之一角度。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號界定橫向於該原子物件軸線之一第一傳播方向，並且該第二操縱信號界定橫向於該原子物件軸線之一第二傳播方向。

在一實例性實施例中，該第一傳播方向與該第二傳播方向實質上彼此反平行，並且該磁場方向橫向於該第一傳播方向及該第二傳播方向兩者。

在一實例性實施例中，該第一傳播方向及該第二傳播方向兩者實質上垂直於該磁場方向。

在一實例性實施例中，(a)該第一操縱信號之該偏振實質上橫向於由該原子物件侷限設備界定之一平面，(b)該第二操縱信號之該偏振實質上橫向於由該原子物件侷限設備界定之該平面，並且(c)該第一傳播方向、該第二傳播方向及該磁場方向分別實質上平行於由該原子侷限設備界定之該平面。

根據另一態樣，提供一種經組態以致使及/或控制由一原子物件侷限設備侷限之一原子物件之冷卻的設備。在一實例性實施例中，該設備包括至少一個處理器及儲存電腦可執行指令之記憶體。該等電腦可執行指令經組態以當由該至少一個處理器執行時致使該設備至少：控制一第一操縱源以將一第一操縱信號提供給一原子物件侷限設備之一特定區域；且控制一第二操縱源以將一第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域。待冷卻之該原子物件位於該原子物件侷限設備之該特定區域內。該第一操縱信號及該第二操縱信號經組態以共同冷卻該原子物件。該第一操縱信號由一第一波長表徵，該第一波長對應於該原子物件之一第一組分之一S流形與一P流形之間的一躍遷，且按一第一解諧量與該S流形與 該P流形之間的該躍遷解諧。該第二操縱信號由一第二波長表徵，該第二波長對應於該原子物件之該第一組分之該P流形與一D流形之間的一躍遷，且按一第二解諧量與P流形與該D流形之間的該躍遷解諧。選擇該第一解諧量及該第二解諧量來確立與該S流形與該D流形之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。

在一實例性實施例中，該設備係包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一控制器。

在一實例性實施例中，該原子物件係包括兩個或更多個離子之一離子晶體，並且該原子物件之該第一組分係一第一原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者。

在一實例性實施例中，該原子物件之該第一組分經組態以供在該晶體之一協同冷卻方案中用作一冷卻劑離子。

在一實例性實施例中，該原子物件之一第二組分係一第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者，該第二原子物件類型不同於該第一原子物件類型，且其中該第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者經組態以供用作包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一量子位元。

在一實例性實施例中，該第一解諧量與該第二解諧量實質上相等。在一實例性實施例中，該第一操縱信號係一經π偏振雷射束，並且該第二操縱信號係一經σ偏振雷射束。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號之一偏振及該第二操縱信號之一偏振對應於與該暗態相關聯之該雙光子躍遷。

在一實例性實施例中，該等電腦可執行指令進一步經組態 以當由該至少一個處理器執行時致使該設備至少致使在該原子物件侷限設備之該特定區域中產生具有一磁場方向之一磁場，其中該原子物件或該原子物件侷限設備之該特定區域中之一者界定一原子物件軸線，並且該磁場方向橫向於該原子物件軸線。

在一實例性實施例中，該磁場方向與該原子物件軸線形成三十至六十度之一範圍中之一角度。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號界定橫向於該原子物件軸線之一第一傳播方向，並且該第二操縱信號界定橫向於該原子物件軸線之一第二傳播方向。

在一實例性實施例中，該第一傳播方向及該第二傳播方向實質上彼此反平行，並且該磁場方向橫向於該第一傳播方向及該第二傳播方向兩者。

在一實例性實施例中，該第一傳播方向及該第二傳播方向兩者實質上垂直於該磁場方向。

在一實例性實施例中，(a)該第一操縱信號之該偏振實質上橫向於由該原子物件侷限設備界定之一平面，(b)該第二操縱信號之該偏振實質上橫向於由該原子物件侷限設備界定之該平面，並且(c)該第一傳播方向、該第二傳播方向及該磁場方向分別實質上平行於由該原子侷限設備界定之該平面。

根據又一態樣，提供一種系統。在一實例性實施例中，該系統包括：一原子物件侷限設備，其經組態以將一原子物件侷限在該原子物件侷限設備之一特定區域中；一第一操縱源，其可由該系統之一控制器控制，並經組態以將一第一操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定 區域；一第二操縱源，其可由該系統之該控制器控制，並經組態以將一第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域；及該控制器。該控制器包括至少一個處理器及儲存電腦可執行指令之記憶體，該等電腦可執行指令經組態以當由該至少一個處理器執行時致使該控制器至少：控制該第一操縱源以將該第一操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域；且控制該第二操縱源以將該第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域。該第一操縱信號及該第二操縱信號經組態以共同冷卻該原子物件。該第一操縱信號由一第一波長表徵，該第一波長對應於該原子物件之一第一組分之一S流形與一P流形之間的一躍遷，且按一第一解諧量與該S流形與P流形之間的該躍遷解諧。該第二操縱信號由一第二波長表徵，該第二波長對應於該原子物件之該第一組分之該P流形與一D流形之間的一躍遷，且按一第二解諧量與P流形與該D流形之間的該躍遷解諧。選擇該第一解諧量及該第二解諧量來確立與該S流形與該D流形之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。

在一實例性實施例中，該系統係一基於量子電荷耦合裝置(QCCD)之量子電腦。

在一實例性實施例中，該設備係包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一控制器。

在一實例性實施例中，該原子物件係包括兩個或更多個離子之一離子晶體，並且該原子物件之該第一組分係一第一原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者。

在一實例性實施例中，該原子物件之該第一組分經組態以供在該晶體之一協同冷卻方案中用作一冷卻劑離子。

在一實例性實施例中，該原子物件之一第二組分係一第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者，該第二原子物件類型不同於該第一原子物件類型，且其中該第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者經組態以供用作包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一量子位元。

在一實例性實施例中，該第一解諧量與該第二解諧量實質上相等。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號係一經π偏振雷射束，並且該第二操縱信號係一經σ偏振雷射束。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號之一偏振及該第二操縱信號之一偏振對應於與該暗態相關聯之該雙光子躍遷。

在一實例性實施例中，該等電腦可執行指令進一步經組態以當由該至少一個處理器執行時致使該控制器至少致使在該原子物件侷限設備之該特定區域中產生具有一磁場方向之一磁場，其中該原子物件或該原子物件侷限設備之該特定區域中之一者界定一原子物件軸線，並且該磁場方向橫向於該原子物件軸線。

在一實例性實施例中，該磁場方向與該原子物件軸線形成三十至六十度之一範圍中之一角度。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號界定橫向於該原子物件軸線之一第一傳播方向，並且該第二操縱信號界定橫向於該原子物件軸線之一第二傳播方向。

在一實例性實施例中，該第一傳播方向與該第二傳播方向實質上彼此反平行，並且該磁場方向橫向於該第一傳播方向及該第二傳播 方向兩者。

在一實例性實施例中，該第一傳播方向及該第二傳播方向兩者實質上垂直於該磁場方向。

在一實例性實施例中，(a)該第一操縱信號之該偏振實質上橫向於由該原子物件侷限設備界定之一平面，(b)該第二操縱信號之該偏振實質上橫向於由該原子物件侷限設備界定之該平面，並且(c)該第一傳播方向、該第二傳播方向及該磁場方向分別實質上平行於由該原子侷限設備界定之該平面。

根據一項態樣，提供一種用於冷卻由一原子物件侷限設備侷限之一原子物件之方法。在一實例性實施例中，該方法包括由與該原子物件侷限設備相關聯之一控制器控制一第一操縱源，以將一第一操縱信號提供給該原子物件侷限設備之一特定區域。該方法進一步包括由該控制器控制一第二操縱源，以將一第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域。待冷卻之該原子物件位於該原子物件侷限設備之該特定區域中。該第一操縱信號由一第一波長表徵，該第一波長對應於該原子物件之一第一組分之一S流形之一第一時脈狀態與一P流形之間的一第一躍遷，且按一第一解諧量與該第一躍遷解諧。該第二操縱信號由一第二波長表徵，該第二波長對應於該原子物件之該第一組分之該S流形之一第二時脈狀態與該P流形之間的一第二躍遷，且按一第二解諧量與該第二躍遷解諧。選擇該第一解諧量及該第二解諧量來確立與該第一時脈狀態與該第二時脈狀態之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。

在一實例性實施例中，該原子物件係包括兩個或更多個離子之一離子晶體，並且該原子物件之該第一組分係一第一原子物件類型之 該兩個或更多個離子中之至少一者。

在一實例性實施例中，該原子物件之該第一組分經組態以供在該離子晶體之一協同冷卻方案中用作一冷卻離子。

在一實例性實施例中，該原子物件之一第二組分係一第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者，該第二原子物件類型不同於該第一原子物件類型，且其中該第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者經組態以供用作包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一量子位元。

在一實例性實施例中，該第一原子物件類型係一次離子化鐿。

在一實例性實施例中，該第一解諧量與該第二解諧量實質上相等。

在一實例性實施例中，該方法進一步包括致使或控制在該原子物件侷限設備之該特定區域中產生具有一磁場方向之一磁場，並且該磁場方向橫向於該第一操縱信號之一傳播方向。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號由一第一偏振表徵，該第一偏振係實質上平行於由該原子物件侷限設備界定之一平面之一線性偏振，並且該第二操縱信號由一第二偏振表徵，該第二偏振係實質上垂直於由該原子物件界定之該平面之一線性偏振。

在一實例性實施例中，該方法進一步包括致使在該原子物件侷限設備之該特定區域中產生具有一磁場方向之一磁場，其中該磁場方向橫向於該第一偏振。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號由一第一偏振表 徵，並且該第二操縱信號由一第二偏振表徵，該第一偏振橫向於該第二偏振。

在一實例性實施例中，該第一時脈狀態係一F=1、m=0狀態，並且該第二時脈狀態係一F=0、m=0狀態。

根據另一態樣，提供一種經組態以致使及/或控制由一原子物件侷限設備侷限之一原子物件之冷卻的設備。在一實例性實施例中，該設備包括至少一個處理器及儲存電腦可執行指令之記憶體。該等電腦可執行指令經組態以當由該至少一個處理器執行時致使該是設備至少：控制一第一操縱源以將一第一操縱信號提供給一原子物件侷限設備之一特定區域；且控制一第二操縱源以將一第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域。待冷卻之該原子物件位於該原子物件侷限設備之該特定區域內。該第一操縱信號及該第二操縱信號經組態以共同冷卻該原子物件。該第一操縱信號由一第一波長表徵，該第一波長對應於該原子物件之一第一組分之一S流形之一第一時脈狀態與一P流形之間的一第一躍遷，且按一第一解諧量與該第一躍遷解諧。該第二操縱信號由一第二波長表徵，該第二波長對應於該原子物件之該第一組分之該S流形之一第二時脈狀態與該P流形之間的一第二躍遷，且按一第二解諧量與該第二躍遷解諧。選擇該第一解諧量及該第二解諧量來確立與該第一時脈狀態與該第二時脈狀態之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。

在一實例性實施例中，該原子物件係包括兩個或更多個離子之一離子晶體，並且該原子物件之該第一組分係一第一原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者。

在一實例性實施例中，該原子物件之該第一組分經組態以 供在該離子晶體之一協同冷卻方案中用作一冷卻離子。

在一實例性實施例中，該原子物件之一第二組分係一第二原子物件類型之兩個或更多個離子中之至少一者，該第二原子物件類型不同於該第一原子物件類型，且其中該第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者經組態以供用作包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一量子位元。

在一實例性實施例中，該第一原子物件類型係一次離子化鐿。

在一實例性實施例中，該第一解諧量與該第二解諧量實質上相等。

在一實例性實施例中，具有一磁場方向之一磁場存在於該原子物件侷限設備之該特定區域中，並且該磁場方向橫向於該第一操縱信號之一傳播方向。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號由一第一偏振表徵，該第一偏振係實質上平行於由該原子物件侷限設備界定之一平面之一線性偏振，並且該第二操縱信號由一第二偏振表徵，該第二偏振係實質上垂直於由該原子物件界定之該平面之一線性偏振。

在一實例性實施例中，具有一磁場方向之一磁場存在於該原子物件侷限設備之該特定區域中，並且該磁場方向橫向於該第一偏振。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號由一第一偏振表徵，並且該第二操縱信號由一第二偏振表徵，該第一偏振橫向於該第二偏振。

在一實例性實施例中，該第一時脈狀態係一F=1、m=0狀 態，並且該第二時脈狀態係一F=0、m=0狀態。

在一實例性實施例中，該設備係一基於量子電荷耦合裝置(QCCD)之量子電腦之一控制器。

根據又一態樣，提供一種系統。在一實例性實施例中，該系統包括：一原子物件侷限設備，其經組態以將一原子物件侷限在該原子物件侷限設備之一特定區域中；一第一操縱源，其可由該系統之一控制器控制，並經組態以將一第一操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域；一第二操縱源，其可由該系統之該控制器控制，並經組態以將一第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域；及該控制器，其包括至少一個處理器及儲存電腦可執行指令之記憶體。該等電腦可執行指令經組態以當由該至少一個處理器執行時致使該控制器至少：控制一第一操縱源以將一第一操縱信號提供給一原子物件侷限設備之一特定區域；且控制一第二操縱源以將一第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域。該第一操縱信號及該第二操縱信號經組態以共同冷卻該原子物件。該第一操縱信號由一第一波長表徵，該第一波長對應於該原子物件之一第一組分之一S流形之一第一時脈狀態與一P流形之間的一第一躍遷，且按一第一解諧量與該第一躍遷解諧。該第二操縱信號由一第二波長表徵，該第二波長對應於該原子物件之該第一組分之該S流形之一第二時脈狀態與該P流形之間的一第二躍遷，且按一第二解諧量與該第二躍遷解諧。選擇該第一解諧量及該第二解諧量來確立與該第一時脈狀態與該第二時脈狀態之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。

在一實例性實施例中，該原子物件係包括兩個或更多個離子之一離子晶體，並且該原子物件之該第一組分係一第一原子物件類型之 該兩個或更多個離子中之至少一者。

在一實例性實施例中，該原子物件之該第一組分經組態以供在該離子晶體之一協同冷卻方案中用作一冷卻離子。

在一實例性實施例中，該原子物件之一第二組分係一第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者，該第二原子物件類型不同於該第一原子物件類型，且其中該第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者經組態以供用作包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一量子位元。

在一實例性實施例中，該第一原子物件類型係一次離子化鐿。

在一實例性實施例中，該第一解諧量與該第二解諧量實質上相等。

在一實例性實施例中，具有一磁場方向之一磁場存在於該原子物件侷限設備之該特定區域中，並且該磁場方向橫向於該第一操縱信號之一傳播方向。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號由一第一偏振表徵，該第一偏振係實質上平行於由該原子物件侷限設備界定之一平面之一線性偏振，並且該第二操縱信號由一第二偏振表徵，該第二偏振係實質上垂直於由該原子物件界定之該平面之一線性偏振。

在一實例性實施例中，具有一磁場方向之一磁場存在於該原子物件侷限設備之該特定區域中，並且該磁場方向橫向於該第一偏振。

在一實例性實施例中，該第一操縱信號由一第一偏振表徵，並且該第二操縱信號由一第二偏振表徵，該第一偏振橫向於該第二偏 振。

在一實例性實施例中，該第一時脈狀態係一F=1、m=0狀態，並且該第二時脈狀態係一F=0、m=0狀態。

在一實例性實施例中，該系統係一基於量子電荷耦合裝置(QCCD)之量子電腦。

10:運算實體/實例性運算實體

20:有線或無線網路

30:控制器

40:低溫及/或真空室

50:設備/原子物件侷限設備

55:特定區域

64A:操縱源/第一操縱源

64B:操縱源/第二操縱源

64C:操縱源

66A:束路徑

66B:束路徑

66C:束路徑

70A:磁場產生器/內部磁場產生器

70B:磁場產生器/外部磁場產生器

100:量子電腦系統/實例性量子電腦系統

110:量子電腦

210:S流形/S_1/2流形

215:第一操縱信號

215’:第一操縱信號

218:偏振

218’:第一偏振

220:P流形/P_1/2流形

225:第二操縱信號

225’:第二操縱信號

228:偏振

228’:偏振/第二偏振

230:D流形/D_3/2流形/低位D流形

305:原子物件軸線

308:原子物件

310:第一組分

312:第二組分

350:射頻零點

410:S流形/S_1/2流形

412:時脈狀態/第一時脈狀態

414:時脈狀態/第二時脈狀態

415:第一操縱信號

416A:季曼狀態/非耦合季曼狀態

416B:季曼狀態/非耦合季曼狀態

418:偏振/第一偏振

420:P流形/P_1/2流形

425:第二操縱信號

428:第二偏振

450:躍遷虛線

505:原子物件軸線

508:原子物件

510:第一組分

512:第二組分

550:射頻零點

602:步驟/操作

604:步驟/操作

606:步驟/操作

608:步驟/操作

610:步驟/操作

612:步驟/操作

614:步驟/操作

705:處理元件

710:記憶體

715:驅動器控制器元件

720:通信介面

725:類比轉數位轉換器元件

804:傳輸器

806:接收器

808:處理裝置及/或元件

812:天線

816:顯示器

818:小鍵盤

822:揮發性儲存裝置或記憶體

824:非揮發性儲存裝置或記憶體

B:磁場

α:角度

α’:角度

β:角度

β’:角度

γ:角度

γ’:角度

θ:角度

φ:角度

ψ:角度

λ₁:第一波長

λ₂:第二波長/固定波長

λ_A:第一波長

λ_B:第二波長

△_A:第一解諧量

△_B:第二解諧量

△_PD:第二解諧量

△_SP:第一解諧量

鑒於已如此概括地闡述本發明，現將參考附圖，該等附圖不必按比例繪製，且其中：圖1提供根據一實例性實施例的一實例性原子物件量子電腦之方塊圖。

圖2A提供根據一實例性實施例的一原子物件之一第一組分的圖解說明一冷卻操作之效能之一位準圖。

圖2B提供根據另一實例性實施例的一原子物件之一第一組分的圖解說明一冷卻操作之效能之一位準圖。

圖3A提供根據一實例性實施例的圖解說明一冷卻操作之效能的對應於圖2A中所展示之位準圖之一示意圖。

圖3B提供根據實例性實施例的圖解說明另一冷卻操作之效能的對應於圖2B中所展示之位準圖之一示意圖。

圖4提供根據另一實例性實施例的一原子物件之一第一組分的圖解說明一冷卻操作之效能之一位準圖。

圖5提供根據一實例性實施例的圖解說明一冷卻操作之效能的對應於圖4中所展示之位準圖之一示意圖。

圖6提供根據一實例性實施例的圖解說明一冷卻操作之各種 程序及/或過程之一流程圖。

圖7提供根據一實例性實施例的一量子電腦之一實例性控制器之一示意圖，該量子電腦包括經組態以用於將原子物件侷限在其中之一原子物件侷限設備。

圖8提供根據一實例性實施例的可使用之一量子電腦系統之一實例性運算實體之一示意圖。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張於2021年8月2日提出申請之美國申請案第63/228,486號之優先權，該美國申請案之內容特此以其全文引用方式併入。

現將在下文中參考其中展示本發明之某些而非所有實施例之附圖更全面地闡述本發明。事實上，本發明可以諸多不同形式體現且不應視為限於本文中所闡釋之實施例；而是，提供此等實施例使得本發明將滿足適用的法律要求。除非另有指示，否則術語「或」(亦表示為「/」)在本文中用於替代意義及連接意義兩者。術語「說明性」及「例示性」用作在不指示品質位準的情況下之實例。除非另有指示，否則術語「一般而言」及「大約」係指在適用的工程及/或製造公差及/或使用者量測能力內。通篇中相似編號係指相似元件。

在各種情景中，原子物件被侷限在一原子物件侷限設備內。在各種實施例中，原子物件侷限設備係一離子阱，諸如一表面離子阱、保羅(Paul)離子阱及/或諸如此類。在各種實施例中，原子物件係離子、原子、離子晶體、原子晶體及/或諸如此類。在一實例性實施例中， 原子物件包括兩個或更多個離子，其中原子物件之一第一組分係一第一原子類型之一或多個離子(例如，一第一化學元素、一第一原子序數之一離子及/或諸如此類)。在一實例性實施例中，原子物件包括兩個或更多個離子，其中原子物件之一第二組分係一第二原子類型之一或多個離子(例如，一第二化學元素、一第二原子序數之一離子及/或諸如此類)。在一實例性實施例中，原子物件之第一組分(第一原子類型之離子)係供用於原子物件之一協同冷卻方案中之一或多個冷卻離子。在一實例性實施例中，原子物件之第二組分(例如，第二原子物件類型之離子)係供用作一量子電腦之量子位元之一或多個量子位元離子。

在各種實施例中，被侷限在原子物件侷限設備內之原子物件被用於執行實驗、受控制量子狀態演進、量子運算及/或諸如此類。在各種實施例中，為了使被侷限在原子物件侷限設備內之原子物件用於執行實驗、受控制量子狀態演進、量子計算及/或諸如此類，原子物件需要處於一低溫度下及/或被冷卻至接近原子物件及/或其組分之運動基態。在各種實施例中，雷射冷卻用於減小原子物件及/或其組分之運動能量。舉例而言，在一實例性實施例中，原子物件之第一組分係用於協同地冷卻量子位元離子之冷卻離子，並且原子物件之第二組分係用作一量子電腦之量子位元之量子位元離子。

習用類型之雷射冷卻包含都蔔勒(Doppler)冷卻及經解析旁帶冷卻。都蔔勒冷卻包含經由與原子物件長期頻率相比更寬之一光學躍遷來冷卻原子物件。舉例而言，一原子物件之長期頻率係原子物件回應於原子物件侷限設備之一侷限電位及/或偽電位而振盪之頻率，諸如藉由將一射頻電壓信號施加給一保羅表面離子阱之一射頻電極及/或導軌而產生之 頻率。都蔔勒冷卻相對容易執行，但一般不能用於將原子物件及/或其組分冷卻至充分低之溫度。經解析旁帶冷卻係指經由與原子物件之長期頻率相比更窄之一光學躍遷來冷卻原子物件。然而，經解析旁帶冷卻在技術上要求很高且需要相對高功率之雷射束來執行充分冷卻。

EIT冷卻係雷射冷卻之另一形式。EIT冷卻包含將兩個雷射場及一磁場施加給原子物件。雷射場與原子物件之第一組分之各別躍遷解諧。與經藍光解諧運動旁帶相比，當在經紅光解諧運動旁帶上發生更強之光子吸收時，發生冷卻。

本文中闡述了兩種實例性EIT冷卻操作。第一實例性EIT冷卻操作係可與例如原子物件一起使用之一S至P至D之EIT冷卻操作，其中第一組分係一次離子化鋇(138Ba)原子或具有一類似能量結構(例如，類似精細結構及/或超精細結構，諸如一次離子化88Sr(舉例而言))之另一原子物件組分。舉例而言，S至P至D之EIT冷卻操作可用與原子物件一起使用，其中第一組分具有一低位(lying)D流形。如本文中所使用，一低位D流形係具有軌道角動量量子數l=2之狀態之一流形，該流形之能量分別低於具有角動量量子數l=1之狀態之一P流形。

本文中所闡述之第二實例性EIT冷卻操作係一時脈狀態EIT冷卻操作。舉例而言，時脈狀態EIT冷卻操作經組態以供與原子物件一起使用，其中第一組分係一次離子化鐿(例如，171Yb)原子或者具有一類似能量結構(例如，類似精細結構及/或超精細結構)之另一原子物件組分。舉例而言，可對原子物件執行時脈狀態EIT冷卻操作，其中第一組分具有電子自旋½及核自旋½。舉例而言，原子物件之第一組分之能量結構包括含有形成一對「時脈」狀態之兩種狀態之一低能量流形，該等狀態之界定特 徵係兩種狀態之間的能量差對磁場波動不敏感。舉例而言，一次離子化171Yb中之S_1/2、F=0、M=0狀態及S_1/2、F=1、M=0狀態係此一對時脈狀態之一實例。該對時脈狀態准許躍遷至一共同更高能量之流形，諸如171Yb中之P流形，其具有足夠大以允許進行便利雷射耦合之一線寬度。在參考圖4闡述之所圖解說明實例中，時脈狀態經由σ+/-躍遷耦合至P流形。具有一類似能量結構之一原子物件之另一實例性第一組分係一次離子化133Ba。

例示性量子電腦系統

可在多種環境中及/或多種應用中執行由一原子物件侷限設備侷限之原子物件之雷射冷卻。一個實例性環境係基於量子電荷耦合裝置(QCCD)之量子運算。圖1提供一實例性量子電腦系統100之一方塊圖。在各種實施例中，量子電腦系統100包括一運算實體10及一量子電腦110。

在各種實施例中，量子電腦110包括一控制器30、圍封具有由此受侷限之原子物件之一原子物件侷限設備50之一低溫及/或真空室40，以及一或多個操縱源64(例如64A、64B、64C)。在一實例性實施例中，一或多個操縱源64可包括一或多個雷射(例如，光學雷射、微波源及/或邁射，及/或諸如此類)或另一操縱源。在各種實施例中，一或多個操縱源64經組態以操縱及/或致使設備50內之一或多個原子物件之一受控制量子狀態演進。舉例而言，一第一操縱源64A經組態以產生及/或提供一第一操縱信號，並且一第二操縱源64B經組態以產生及/或提供一第二操縱信號，其中第一操縱信號及第二操縱信號經組態以對由原子物件侷限設備侷限之原子物件進行共同雷射冷卻。

在各種實施例中，原子物件侷限設備50係一離子阱，諸如 一表面離子阱、保羅離子阱及/或諸如此類。在各種實施例中，原子物件係離子、原子、離子晶體、原子晶體及/或諸如此類。在一實例性實施例中，原子物件包括兩個或更多個離子，其中原子物件之一第一組分係一第一原子類型之一或多個離子(例如，一第一化學元素、一第一原子序數之一離子及/或諸如此類)。在一實例性實施例中，原子物件包括兩個或更多個離子，其中原子物件之一第二組分係一第二原子類型之一或多個離子(例如，一第二化學元素、一第二原子序數之一離子及/或諸如此類)。在一實例性實施例中，原子物件之第一組分(第一原子類型之離子)係供在一原子物件之一協同冷卻方案中使用之一或多個冷卻離子。在一實例性實施例中，原子物件之第二組分(例如，第二原子物件類型之離子)係供用作一量子電腦之量子位元之一或多個量子位元離子。舉例而言，在一實例性實施例中，原子物件係包括用作一冷卻離子之一一次離子化Ba原子以及用作一量子位元離子之一一次離子化Yb離子的一離子晶體。在另一實例性實施例中，原子物件係包括用作一冷卻離子之一一次離子化Yb原子以及用作一量子位元離子之一一次離子化Ba離子的一離子晶體。

在一實例性實施例中，一或多個操縱源64各自經由對應束路徑66(例如，66A、66B、66C)將一操縱信號(例如，雷射束及/或諸如此類)提供給原子物件侷限設備50之一或多個區域。在各種實施例中，至少一個束路徑66包括經組態以調製經由束路徑66提供給設備50之操縱信號的一調製器。在各種實施例中，操縱源64、調製器及/或量子電腦110之其他組件由控制器30控制。

在各種實施例中，量子電腦110包括一或多個磁場產生器70(例如，70A、70B)。舉例而言，磁場產生器可係安置在低溫及/或真空室 40內之一內部磁場產生器70A及/或安置在低溫及/或真空室40外部之一外部磁場產生器70B。在各種實施例中，磁場產生器70係永磁體、亥姆霍茲(Helmholtz)線圈、電磁體及/或諸如此類。在各種實施例中，磁場產生器70經組態以在原子物件侷限設備50之一或多個區域處產生一磁場，該磁場在原子物件侷限設備50之一或多個區域中具有一特定量值及一特定磁場方向。

在各種實施例中，控制器30經組態以控制電壓源、電信號源、及/或控制原子物件侷限設備50及/或原子物件在原子物件侷限設備50內之傳輸之驅動器、控制低溫及/或真空室40內之溫度及壓力之一低溫系統及/或真空系統、操縱源64、磁場產生器70，及/或控制低溫及/或真空室40內之環境條件(例如，溫度、濕度、壓力及/或諸如此類)及/或經組態以操縱及/或致使原子物件侷限設備50內之一或多個原子物件之量子狀態之一受控制演進的其他系統。

在各種實施例中，一運算實體10經組態以允許一使用者(例如，經由運算實體10之一使用者介面)將輸入提供給量子電腦110，且對來自量子電腦110之輸出進行接收、查看及/或諸如此類。運算實體10可經由一或多個有線或無線網路20及/或經由直接有線及/或無線通信與量子電腦110之控制器30通信。在一實例性實施例中，運算實體10可對資訊/資料、量子計算演算法、量子電路及/或諸如此類進行翻譯、組態、格式化及/或諸如此類以成為控制器30可理解及/或實施之一運算語言、可執行指令、命令集及/或及/或諸如此類。

實例性S至P至D之EIT冷卻操作

各種實施例提供量子電腦、系統、設備及/或諸如此類以及 用於基於藉由一原子物件之一第一組分之P流形之方式在原子物件之第一組分之一S流形之一或多種狀態至原子物件之第一組分之一D流形之一或多種狀態之間的一個雙光子諧振躍遷來執行EIT冷卻的對應方法。

習用地，具有一Ba⁺類能量結構(例如，類似於一一次離子化Ba原子之精細及/或超精細能量結構)之離子之EIT冷卻包含使用用於兩種耦合之一單個雷射將一基礎流形(例如，對應於角動量量子數l=0之S流形)中之一第一(季曼(Zeeman))狀態耦合至一激發流形中之一激發態，並將激發流形中之激發態耦合至基礎流形(例如，S流形)中之一第二(季曼)狀態。換言之，習用EIT冷卻使用一個雙光子躍遷來耦合同一流形內之兩種狀態。

然而，對於具有低位D流形之原子物件或原子物件之第一組分，原子物件或原子物件之第一組分可能「卡」在D流形中。如本文中所使用，一低位D流形係具有軌道角動量量子數l=2之狀態之一流形，該流形之能量分別低於具有軌道角動量量子數l=1之狀態之一P流形。因此，習用EIT冷卻需要額外元件及步驟來有效地冷卻具有一第一組分之一原子物件，該第一組分具有一低位D流形。因此，存在關於如何高效、有效及穩健地將原子物件冷卻至接近其運動基態之技術問題。

各種實施例為此等技術問題提供了技術解決方案。在各種實施例中，使用將S流形之一或多種狀態耦合至P流形之一或多種狀態之一第一操縱信號以及將P流形之一或多種狀態耦合至D流形之一或多種狀態之一第二操縱信號來執行一EIT冷卻操作。在各種實施例中，第一操縱信號及第二操縱信號兩者在P流形之一或多種狀態之上進行解諧，以確立與S流形與D流形之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。藉由將S流形耦 合至P流形以及將P流形耦合至D流形，可用比經解析旁帶冷卻低之雷射功率要求且以技術上比習用EIT冷卻簡單之一方式實現對原子物件之接近運動基態之高效冷卻(例如，冷卻至顯著低於都蔔勒冷卻極限之溫度)。而且，在各種實施例中，用於產生及/或提供第一操縱信號及第二操縱信號之第一操縱源及第二操縱源亦可用於執行都蔔勒冷卻。因此，各種實施例使得能夠使用都蔔勒冷卻及EIT冷卻兩者，而無需額外雷射或其他操縱源。如此，各種實施例提供了對包括具有低位D流形之第一組分之原子物件之習用雷射冷卻的技術改良。

另外，各種實施例之解諧量小於習用EIT冷卻操作之習用解諧量，此使得能夠同時冷卻原子物件之多種模式。舉例而言，在各種實施例中，藉由調整第一解諧量及第二解諧量(在各種實施例中，同時維持第一解諧量與第二解諧量實質上彼此相等)連同第一操縱信號及第二操縱信號之強度一起，可為原子物件判定最佳的一組參數，此使得能夠對具有不同頻率(例如，在~1MHz與~3MHz之間變化)之原子物件之一大範圍之晶體模式進行同時冷卻。舉例而言，各種實施例提供了使得能夠同時對具有不同模式頻率(例如，範圍超過1MHz至3MHz之頻率)之原子物件之多種模式進行寬頻冷卻之額外優勢。

圖2A提供了根據各種實施例的一原子物件之一實例性第一組分(例如，一冷卻離子)的圖解說明一實例性EIT冷卻操作之一部分位準圖。部分位準圖圖解說明一S流形210。在各種實施例中，EIT冷卻操作利用了S流形210之一或多種狀態(例如，S流形之一種或兩種狀態)。部分位準圖亦圖解說明一P流形220。在各種實施例中，EIT冷卻操作利用了P流形220之一或多種狀態(例如，P流形之一種或兩種狀態)。部分位準圖進一 步圖解說明一低位D流形230。在各種實施例中，EIT冷卻操作利用了D流形230之一或多種狀態(例如，D流形之一種、兩種、三種或四種狀態)。

圖2B提供根據各種實施例的一原子物件之一實例性第一組分(例如，一冷卻離子)的圖解說明另一實例性EIT冷卻操作之一部分位準圖。圖2B中所展示之部分位準圖包含與圖2A中所圖解說明的相同之S流形210、P流形220及低位D流形230，此乃因該圖對應於例如同一冷卻離子之能量位準。然而，用於將S流形210耦合至P流形220之第一操縱信號215’之偏振在圖2B中經σ偏振，而不是如圖2A中所展示地經π偏振。

各種實施例之一EIT冷卻操作之執行包括將一第一操縱信號215、215’及一第二操縱信號225、225’施加給一原子物件。在一實例性實施例中，第一操縱信號215由一第一波長λ₁表徵且經π偏振，如圖2A中所圖解說明。在另一實例性實施例中，如圖2B中所圖解說明，第一操縱信號215’由第一波長λ₁表徵且經σ偏振。第一波長λ₁對應於S流形210與P流形220之間的躍遷。在各種實施例中，第一波長λ₁對應於S流形210與P流形220之間的躍遷之諧振頻率且按一第一解諧量△_SP與該躍遷解諧。

在一實例性實施例中，第二操縱信號225、225’由一第二波長λ₂表徵且經σ偏振。舉例而言，第二操縱信號225在垂直於磁場之一方向上經線性偏振(經σ^+/-偏振)。第二波長λ₂對應於P流形220與D流形230之間的躍遷。在各種實施例中，第二波長λ₂對應於P流形220與D流形230之間的躍遷之諧振頻率，且按一第二解諧量△_PD與該躍遷解諧。

在各種實施例中，當相對於特定的一組三個位準量測時，第一解諧量與第二解諧量實質上彼此相等(例如，△_SP

△_PD)，每一位準來自S流形、D流形及P流形。在一實例性實施例中，一原子物件之第一組 分係一次離子化Ba，第一波長λ₁

493nm，第二波長λ₂

650nm，並且第一解諧量及第二解諧量△_SP

20、MHz

△_PD。在各種實施例中，第一操縱信號215、215’之頻率及第二操縱信號225、225’之頻率相對於彼此穩定在一公差△ω/2π

100kHz內。如應理解，基於原子物件之第一組分之能量結構及所選擇暗態，在各種其他實施例中使用了各種其他偏振方案、波長及解諧量。

如本文中所使用之術語暗態係指由適當雙光子躍遷形成之兩種狀態之一同調疊加。對於圖2A及圖2B中所圖解說明之實施例，藉由S流形中之一狀態與D流形中之一狀態之一疊加來形成各別暗態，該等狀態經由第一操縱信號215、215’及第二操縱信號225、225’來耦合。

如應理解，如本文中所使用，一第一流形與一第二流形(例如，S流形與P流形、P流形與D流形)之間的一躍遷指示第一流形之一狀態與第二流形之一狀態之間的一躍遷。如本文中所使用，一流形狀態係指具有相同總角動量之一群組狀態，其中每一流形包括多種狀態，歸因於所施加磁場，該等狀態藉由季曼分裂而在能量上有所不同。一狀態之總角動量對應於該狀態之自旋角動量及軌道角動量之總和(其包含當核角動量係非零時經由超精細耦合之核角動量)。

在各種實施例中，S至P至D之EIT冷卻操作涉及S_1/2流形210之一季曼狀態、P_1/2流形220之一季曼狀態及D_3/2流形230之一季曼狀態。在一實例性實施例中，S至P至D之EIT冷卻操作涉及趨向於用於都蔔勒冷卻之狀態及/或流形。因此，對於經組態以執行都蔔勒冷卻之一系統，相同操縱源可容易地重新用於S至P至D之EIT冷卻操作之一實例性實施例中。在第二操縱信號225、225’之一有限磁場及固定頻率(例如，固定波長 λ₂)下，掃描第一操縱信號215、215’之頻率展現與自S_1/2流形210至D_3/2流形230之雙光子諧振躍遷相關聯之四個暗態諧振。一暗態係不能吸收或發射光子之一原子物件及/或一原子物件之一組分之一狀態。當第一操縱信號215、215’之第一波長λ₁及第二操縱信號225、225’之第二波長λ₂被調諧至此等雙光子諧振中之一者時，藉由在紅光旁帶躍遷上引起一優先散射來達成當雙光子諧振之藍光側(例如，較短波長、較高頻率側)上之散射率小於雙光子諧振之紅光側(例如，較長波長、較低頻率側)上之散射率時自原子物件及/或原子物件之第一組分(例如，冷卻離子)移除運動能量之EIT冷卻。

在圖2A中，經由由展示為一實線之第一操縱信號215及展示為一實線之第二操縱信號225之耦合來展示由S_1/2流形210之m_j=1/2狀態及D_3/2流形230之m_j=3/2狀態組成之一實例性雙光子諧振，該實例性雙光子諧振可用於一實例性實施例之一S至P至D之EIT冷卻操作中。

雙光子諧振之頻率寬度取決於來自P_1/2流形之狀態之單光子解諧量(例如，△_SP、△_PD)。舉例而言，當第一解諧量及/或第二解諧量減小時，雙光子諧振之寬度變得更寬，而當第一解諧量及/或第二解諧量增大時，雙光子諧振之寬度變得更窄。雙光子諧振之一較窄頻率寬度提供了至較低溫度之較快冷卻(與雙光子諧振之一較寬頻率寬度相比)，而雙光子諧振之一較寬頻率寬度提供了一較寬冷卻頻寬(與雙光子諧振之一較窄頻率寬度相比)。

在各種實施例中，第一解諧量△_SP及第二解諧量△_PD被設定為10MHz至450MHz之範圍內中之一解諧量。舉例而言，在一實例性實施例中，△_SP=△_PD

20MHz，此提供了充分大以高效地冷卻一原子物件 (例如，一離子晶體，諸如包括四個離子之一離子晶體)之諸多運動模式同時仍維持足以用於各種應用之冷卻速度及最終溫度的一冷卻頻寬，該各種應用包含對侷限在一量子電腦之一原子物件侷限設備內之原子物件之冷卻，其中原子物件包括供用作量子電腦之量子位元之量子位元離子。

在各種實施例中，第一解諧量及第二解諧量△_SP=△_PD小於習用EIT冷卻操作中所使用之習用解諧量。各種實施例之較小的第一解諧量及第二解諧量(與習用EIT冷卻操作之習用解諧量相比)使得能夠對原子物件之多種模式進行同時冷卻。舉例而言，在各種實施例中，藉由調整第一解諧量及第二解諧量(在各種實施例中，同時維持△_SP=△_PD)連同第一操縱信號及第二操縱信號之強度一起，可為原子物件判定最佳的一組參數，該組參數使得能夠對具有不同頻率(例如，在~1MHz與~3MHz之間變化)之原子物件之一大範圍之晶體模式進行同時冷卻。舉例而言，各種實施例使得能夠對具有不同模式頻率(例如，範圍超過1MHz至3MHz之頻率)之原子物件之多種模式進行同時冷卻。

在各種實施例中，當表徵第一操縱信號及第二操縱信號之第一波長λ₁及第二波長λ₂分別相對於彼此相對穩定時，S至P至D之EIT冷卻操作之各種實施例之效率得到改良。在一實例性實施例中，第一操縱源及第二操縱源經組態以使得第一波長λ₁及第二波長λ₂被獨立地穩定，使得該第一波長與該第二波長之頻率差被穩定至

100kHz之一公差。舉例而言，在一實例性實施例中，藉由獨立地穩定第一操縱源64A及第二操縱源64B來執行第一波長及第二波長之相對穩定。在各種實施例中，藉由使用一諧振腔、將第一操縱信號及第二操縱信號耦合至一頻率梳來實現第一操縱源64A及/或第二操縱源64B之穩定及/或第一波長及/或第二波長之穩 定，其之一實例闡述於在2021年3月16日授予之美國專利第10,951,002號中(該專利之內容特此以其全文引用方式併入本文中)；使用一伺服裝置及/或回饋迴路及/或諸如此類。

圖3A圖解說明用於執行圖2A中所圖解說明之實例性實施例之S至P至D之EIT冷卻操作的一個實例性幾何結構。圖3A展示位於及/或安置在原子物件侷限設備50之特定區域55中之一原子物件308。原子物件308包括兩個第一組分310及兩個第二組分312。第一組分310係一第一原子類型的，並且第二組分312係一第二原子類型，第一原子類型與第二原子類型有所不同。舉例而言，在一實例性實施例中，第一組分310係一次離子化Ba原子，並且第二組分312係一次離子化Yb原子。第一組分310及第二組分312沿著一原子物件軸線305對準及/或安置成界定一原子物件軸線305。在一實例性實施例中，原子物件軸線305實質上平行於原子物件侷限設備50之特定區域55之一射頻零點350。射頻零點350係藉由將一射頻電壓信號施加給原子物件侷限設備50之射頻電極及/或導軌來產生之一偽電位之零點線。

在各種實施例中，產生一磁場B，使得在特定區域55中，磁場B具有一有限且實質上穩定(例如，不隨時間而改變)之振幅(例如，在一實例性實施例中，2高斯至10高斯及/或5高斯)。在各種實施例中，特定區域55中之磁場B具有與原子物件軸線305形成一角度α之一磁場方向。在一實例性實施例中，角度α在30度至60度之一範圍內。在一實例性實施例中，角度α係大約45度。

在各種實施例中，第一操縱信號215具有一偏振218(例如，π偏振)。在一實例性實施例中，第一操縱信號215之偏振218實質上平 行於磁場方向。在各種實施例中，第一傳播方向橫向於原子物件軸線305。在一實例性實施例中，第一操縱信號215在與原子物件軸線305形成一角度β之一第一傳播方向上傳播。在各種實施例中，角度β經組態以使得第一操縱信號215之傳播不平行於或反平行於磁場方向。在各種實施例中，角度β在30度至60度之一範圍中。在一實例性實施例中，角度β係大約45度。

在各種實施例中，第二操縱信號225具有一偏振228(例如，σ^+/-偏振)。在一實例性實施例中，第二操縱信號225之偏振228橫向於磁場方向。在各種實施例中，第二傳播方向橫向於原子物件軸線305。在一實例性實施例中，第二操縱信號225在與原子物件軸線305形成一角度γ之一第二傳播方向上傳播。在各種實施例中，角度γ在0度至90度之一範圍中。在一實例性實施例中，角度γ係大約45度。

在各種實施例中，第一傳播方向實質上反平行於第二傳播方向。在各種實施例中，第一傳播方向及第二傳播方向兩者橫向於磁場方向。在一實例性實施例中，第一傳播方向及第二傳播方向實質上垂直於磁場方向。

圖3B圖解說明用於執行一S至P至D之EIT冷卻操作(諸如圖2B中所圖解說明之實例性實施例)之另一實例性幾何結構。圖3B展示位於及/或安置在原子物件侷限設備50之特定區域55中之一原子物件308。原子物件308包括兩個第一組分310及兩個第二組分312。第一組分310係第一原子類型的，並且第二組分312係一第二原子類型，第一原子類型與第二原子類型有所不同。舉例而言，在一實例性實施例中，第一組分310係一次離子化Ba原子，並且第二組分312係一次離子化Yb原子。第一組分310 及第二組分312沿著一原子物件軸線305對準及/或被安置成界定該原子物件軸線305。在一實例性實施例中，原子物件軸線305實質上平行於原子物件侷限設備50之特定區域55之一射頻零點350。

在各種實施例中，產生一磁場B，使得在特定區域55中，磁場B具有一有限且實質上穩定(例如，不隨時間改變)之振幅(例如，在一實例性實施例中，2高斯至10高斯及/或5高斯)。在各種實施例中，在特定區域55中，磁場B具有與原子物件軸線305形成一角度α’之一磁場方向。在一實例性實施例中，角度α’在0度至360度之一範圍中。在一實例性實施例中，角度α’係大約45度。特定而言，磁場方向實質上不平行於或反平行於第二操縱信號225’之偏振228’。在各種實施例中，磁場B實質上平行於由原子物件侷限設備界定之平面。

在各種實施例中，第一操縱信號215’具有一第一偏振218’(例如，σ^+/-偏振)。在一實例性實施例中，第一操縱信號215’之第一偏振218’實質上不平行於及/或橫向於磁場方向。在一實例性實施例中，第一偏振218’垂直於磁場方向。在各種實施例中，第一傳播方向橫向於原子物件軸線305。在一實例性實施例中，第一操縱信號215’在與原子物件軸線305形成一角度β’之一第一傳播方向上傳播。在各種實施例中，角度β’在0度至90度之一範圍中。在一實例性實施例中，角度β’係大約45度。在一實例性實施例中，角度β’係大約90度。

在各種實施例中，第二操縱信號225’具有一第二偏振228’(例如，σ^+/-偏振)。在一實例性實施例中，第二操縱信號225’之第二偏振228’橫向於磁場方向。在一實例性實施例中，第二偏振228’垂直於磁場方向。在各種實施例中，第二傳播方向橫向於原子物件軸線305。在一實例 性實施例中，第二操縱信號225’在與原子物件軸線305形成一角度γ之一第二傳播方向上傳播。在各種實施例中，角度γ在30度至60度之一範圍中。在一實例性實施例中，角度γ係大約45度。

在各種實施例中，第一傳播方向實質上反平行於第二傳播方向。在所圖解說明實施例中，第一傳播方向與第二傳播方向實質上彼此反平行(例如，β’

γ’)。

在各種實施例中，第一傳播方向

(在一各別第一操縱信號215、215’之波向量之方向上之一單位向量)與第二傳播方向

(在一各別第二操縱信號225、225’之波向量之方向上之一單位向量)之間的差在待冷卻之運動之方向上具有一非零投影。舉例而言，當待冷卻之原子物件308之模式係一軸向模式(例如，對應於沿著原子物件軸線305之運動)時，

，其中

係沿著原子物件軸線305之一單位向量，並且

。在另一實例中，當待冷卻之原子物件308之模式係一徑向模式(例如，對應於與原子物件軸線305正交之運動)時，

，其中

係一徑向單位向量(例如，

)，並且

。

圖3A及圖3B圖解說明用於執行一實例性實施例之一S至P至D之EIT冷卻操作之兩種實例性幾何結構。如應理解，在各種其他實施例中，可使用其他幾何結構。舉例而言，在一實例性實施例中，磁場方向可平行於或反平行於原子物件軸線305。在一實例性實施例中，第一傳播方向及第二傳播方向各自平行於原子物件軸線305。在各種實施例中，磁場方向橫向於第一傳播方向及第二傳播方向兩者。在各種實施例中，磁場方向、第一傳播方向及/或第二傳播方向可橫向於由原子物件侷限設備界定之平面。

一般而言，可使用一第一流形、一第二流形及一第三流形來執行S至P至D之EIT冷卻操作，其中第一流形、第二流形及第三流形各自係相異精細結構流形，第一流形及第二流形係較低能量流形，並且第一流形及第二流形兩者可經由偶極躍遷耦合至第三(較高能量)流形。所圖解說明實施例展示其中第一流形係S流形、第二流形係D流形且第三流形係P流形之情景。

實例性時脈狀態EIT冷卻操作

各種實施例提供量子電腦、系統、設備及/或諸如此類以及用於使用一原子物件之一第一組分之時脈狀態來執行EIT冷卻的對應方法。

先前，具有一171Yb⁺類能量結構(例如，類似於一一次離子化171Yb原子之精細及/或超精細能量結構)之離子之EIT冷卻藉由將多種F=1狀態耦合至一激發流形來工作。舉例而言，基礎流形之S_1/2、F=1、m=+1狀態將經由耦合至P_1/2、F=0、m=0狀態來耦合至基礎流形之S_1/2、F=1、m=0狀態。然而，S_1/2、F=1、m=+1狀態至P_1/2、F=0、m=0狀態之耦合需要σ偏振，而S_1/2、F=1、m=0狀態至P_1/2、F=0、m=0狀態之耦合需要π偏振，由此需要磁場相對於傳播方向之特定定向。另外，離子可能會「卡」在S_1/2、F=0、m=0狀態中，且必須重新泵入S_1/2、F=1流形，從而需要將S_1/2、F=0流形耦合至P流形之一額外操縱信號。因此，習用EIT冷卻需要一高度技術複雜性來有效地冷卻具有一第一組分之一原子物件，該第一組分具有一171Yb⁺類能量結構。而且，經解析旁帶冷卻將需要超出EIT所需之高頻寬控制能力，由此若想要使用兩種冷卻方法，則需要額外技術複雜性。因此，存在關於如何高效、有效及穩健地將 原子物件冷卻至接近其運動基態之技術問題。

各種實施例為此等技術問題提供了技術解決方案。在各種實施例中，使用將原子物件之第一組分之S流形中之一第一時脈狀態耦合至P流形之一或多種狀態的一第一操縱信號以及將原子物件之第一組分之S流形中之第二時脈狀態耦合至P流形之一或多種狀態的一第二操縱信號來執行一EIT冷卻操作。在各種實施例中，原子物件之第一組分之S流形中之第一時脈狀態係F=1、m=0狀態，並且原子物件之第一組分之S流形中之第二時脈狀態係F=0、m=0狀態。與F=1、m=+/- 1狀態相比，第一時脈狀態及第二時脈狀態實質上不易受環境改變之影響。在各種實施例中，第一操縱信號及第二操縱信號兩者在P流形之一或多種狀態之上進行解諧，以確立與S流形中之第一時脈狀態與S流形中之第二時脈狀態之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。

藉由耦合S流形中之第一時脈狀態與第二時脈狀態以便產生一暗態，可用比所解析旁帶冷卻低之雷射功率要求且以技術上比習用EIT冷卻簡單之一方式來實現對原子物件之接近運動基態之高效冷卻(例如，冷卻至顯著低於都蔔勒冷卻極限之溫度)。而且，在各種實施例中，用於產生及/或提供第一操縱信號及第二操縱信號之第一操縱源及第二操縱源亦可用於執行對原子物件之第一組分之旁帶冷卻。因此，各種實施例使得能夠使用旁帶冷卻及EIT冷卻兩者，而無需額外雷射或其他操縱源。

另外，時脈狀態EIT冷卻操作之各種實施例之功效對磁場以及第一操縱信號及第二操縱信號之相對對準不敏感。因此，各種實施例提供了提供高效冷卻而無需有關磁場與第一操縱信號及第二操縱信號之相對對準之嚴格要求的額外技術優勢。

而且，各種實施例之解諧量小於習用EIT冷卻操作之習用解諧量，此使得能夠對原子物件之多種模式進行同時冷卻。舉例而言，各種實施例提供了使得能夠對具有不同模式頻率(例如，範圍超過1MHz至3MHz之頻率)之原子物件之多種模式同時進行寬頻冷卻之額外優勢。如此，各種實施例提供了對原子物件之習用雷射冷卻之技術改良。

圖4提供了根據各種實施例的一原子物件(例如，一冷卻離子)之一實例性第一組分的圖解說明一實例性EIT冷卻操作之一部分位準圖。部分位準圖圖解說明一S流形410。在各種實施例中，EIT冷卻操作利用了S流形410之兩個時脈狀態(例如，S流形之m=0狀態)。部分位準圖亦圖解說明一P流形420。在各種實施例中，EIT冷卻操作利用了P流形420之一或多種狀態。部分位準圖進一步圖解說明相對於各別時脈狀態與P流形420之一狀態之間的躍遷與P流形420藍光解諧之第一操縱信號415及第二操縱信號425。

各種實施例之EIT冷卻操作之執行包括將一第一操縱信號415及一第二操縱信號425施加給一原子物件。在一實例性實施例中，第一操縱信號415由一第一波長λ_A表徵且具有一第一偏振。第一波長λ_A對應於S流形410之第一時脈狀態412與P流形420之間的躍遷。在各種實施例中，第一波長λ_A對應於S流形410之第一時脈狀態412與P流形420之間的躍遷之諧振頻率且按一第一解諧量△_A與該躍遷解諧。

在一實例性實施例中，第二操縱信號425由一第二波長λ_B表徵且具有一第二偏振。第二波長λ_B對應於S流形410之第二時脈狀態414與P流形420之間的躍遷。在各種實施例中，第二波長λ_B對應於S流形410之第二時脈狀態414與P流形420之間的躍遷之諧振頻率且按一第二解諧量△_B 與該躍遷解諧。

在各種實施例中，當相對於特定的一組三個位準進行量測時，第一解諧量與第二解諧量實質上彼此相等(例如，△_A

△_B)。在一實例性實施例中，原子物件之第一組分係一次離子化Yb，第一波長λ_A

369.5nm(例如，369.5193nm)，第二波長λ₂

369.5nm(例如，369.5251nm)，並且第一解諧量及第二解諧量△_A

30-450MHz

△_B。在一實例性實施例中，△_A

55MHz

△_B。如應理解，基於原子物件之第一組分之能量結構及所選擇暗態，在各種其他實施例中使用各種其他偏振方案、波長及解諧量。在各種實施例中，可在執行一時脈狀態EIT操作期間調整解諧量△_A

△_B，以便對原子物件之不同(晶體)運動模式進行冷卻。在各種實施例中，可對原子物件的包含具有不同模式頻率(例如，範圍超過1MHz至3MHz之頻率)之原子物件之模式多種模式進行同時冷卻。

在各種實施例中，第一偏振與第二偏振彼此橫向。舉例而言，在第一偏振及第二偏振係線性偏振之一實例性實施例中，第一偏振沿著其進行對準之第一方向與第二偏振沿著其進行對準之第二方向彼此橫向。舉例而言，在一實例性實施例中，一正交坐標系係可界定的，使得第一操縱信號在一正z方向上傳播，且第一偏振與x方向對準，並且第二操縱信號在負z方向上傳播，且第二偏振與y方向對準。在各種實施例中，第一偏振及第二偏振可以是線性偏振或圓形偏振。

如應理解，如本文中所使用，一第一流形與第二流形(例如，S_1/2、F=1流形與P_1/2、F=1流形，P_1/2、F=1流形與S_1/2、F=1流形)之間的一躍遷指示第一流形之一狀態與第二流形之一狀態之間的一躍遷。 如本文中所使用，相對於時脈狀態EIT冷卻操作，狀態之一流形係指一特定超精細位準，其中每一流形包括多種狀態，歸因於一所施加磁場，該多種狀態藉由季曼分裂而在能量上有所不同。

雙光子諧振之頻率寬度取決於來自P_1/2流形之狀態之單光子解諧量(例如，△_A、△_B)。舉例而言，當第一解諧量及/或第二解諧量減小時，雙光子諧振之寬度變得更寬，而當第一解諧量及/或第二解諧量增大時，雙光子諧振之寬度變得更窄。雙光子諧振之一較窄頻率寬度提供了至較低溫度之較快冷卻(與雙光子諧振之一較寬頻率寬度相比)，而雙光子諧振之一較寬頻率寬度提供了一較寬冷卻頻寬(與雙光子諧振之一較窄頻率寬度相比)。各種實施例透過使用使小於習用解諧量發生變化以及使第一操縱信號及第二操縱信號之強度發生變化來提供寬頻EIT冷卻，以使得能夠對包含具有不同模式頻率(例如，範圍超過1MHz至3MHz之頻率)之原子物件之模式的多種原子物件模式進行同時冷卻。

在各種實施例中，第一解諧量△_A及第二解諧量△_B被設定為30MHz至450MHz範圍中之一解諧量。舉例而言，在一實例性實施例中，△_A=△_B

55MHz，此提供了充分大以高效地冷卻一原子物件(例如，一離子晶體，諸如包括四個離子之一離子晶體的)之運動模式同時仍維持足以用於各種應用之冷卻速度及最終溫度的一冷卻頻寬，該各種應用包含侷限在一量子電腦之一原子物件侷限設備內之原子物件之冷卻，其中原子物件包括供用作量子電腦之量子位元之量子位元離子。

在各種實施例中，當表徵第一操縱信號及第二操縱信號之第一波長λ_A及第二波長λ_B分別相對於彼此相對穩定時，時脈狀態EIT冷卻操作之各種實施例之效率得到改良。在一實例性實施例中，第一操縱源及 第二操縱源經組態以使得第一波長及第二波長被獨立地穩定。在一實例性實施例中，第一操縱信號及第二操縱信號由同一操縱源64產生，使得兩個操縱信號之各別波長相對於彼此係實質上穩定的。

在圖4中，經由藉由如一實線所展示之第一操縱信號415及如一實線所展示之第二操縱信號425之耦合來展示由S_1/2流形410之m=0狀態(例如，時脈狀態412、414)及P_1/2流形420之一狀態組成之一實例性雙光子諧振，該實例性雙光子諧振可用於一實例性實施例之一時脈狀態EIT冷卻操作中。

圖4亦圖解說明藉由第一操縱信號415自S流形10之季曼狀態416A、416B(m=+/- 1)光學泵出原子物件。在各種實施例中，P流形420外之原子物件之自發衰減可導致佈滿S流形410之非耦合季曼(例如，m=+/- 1)狀態416A、416B。然而，將第一操縱信號415及第二操縱信號425施加給原子物件亦將自此等非耦合季曼狀態416A、416B移除佈滿，如由躍遷虛線450所展示。舉例而言，將第一操縱信號415施加給原子物件將非耦合季曼(例如，m=+/- 1)狀態416A、416B中之原子物件光學地泵回時脈狀態412、414。作為一結果，自暗態冷卻週期洩漏之任何原子物件(例如，包括時脈狀態412、414及P流形420之一或多種狀態)將透過此光泵送程序快速返回。

在一實例性實施例中，第一操縱信號415由一第一操縱源64A產生及/或提供，並且第二操縱信號425由第二操縱源64B產生及/或提供，其中第一操縱源64A及第二操縱源64B係不同操縱源。在一實例性實施例中，第一操縱信號415及第二操縱信號425由同一操縱源(例如，同一雷射)產生。舉例而言，在一實例性實施例中，第一操縱源及第二操縱源 係同一操縱源或者係重疊操縱源(例如，包括同一雷射但可包含用於準備各別操縱信號之一不同光學組分)。

圖5圖解說明用於執行一實例性實施例之一時脈狀態EIT冷卻操作之一個實例性幾何結構。圖5展示位於及/或安置在原子物件侷限設備50之特定區域55中之一原子物件508。原子物件508包括兩個第一組分510及兩個第二組分512。第一組分510係一第一原子類型的，並且第二組分512係一第二原子類型的，第一原子類型與第二原子類型有所不同。舉例而言，在一實例性實施例中，第一組分510係一次離子化Yb原子，並且第二組分512係一次離子化Ba原子。第一組分510及第二組分512沿著一原子物件軸線505對準及/或安置成界定該原子物件軸線505。在一實例性實施例中，原子物件軸線505實質上平行於原子物件侷限設備50之特定區域55之一射頻零點550。射頻零點550係藉由將一射頻電壓信號施加給原子物件侷限設備50之射頻電極及/或導軌來產生之一偽電位之零點線。

在各種實施例中，產生一磁場B，使得在特定區域55中，磁場B具有一有限且實質上穩定(例如，不隨時間改變)之振幅(例如，在一實例性實施例中，2高斯至10高斯及/或5高斯)。在各種實施例中，特定區域55中之磁場B具有與原子物件軸線505形成一角度θ之一磁場方向。在一實例性實施例中，角度θ在0度至90度之一範圍種或者在180至270度之一範圍中。在一實例性實施例中，角度θ係大約45度。

在各種實施例中，磁場方向實質上不平行於或反平行於第一操縱信號415之傳播方向。在各種實施例中，只要磁場方向實質上不平行於或反平行與第一操縱信號415之偏振418，時脈狀態EIT冷卻操作之效率便不取決於第一操縱信號415及第二操縱信號425與磁場方向之間的相 對角度。

在各種實施例中，第一操縱信號415具有一第一偏振418(例如，所圖解說明實施例中之一線性偏振)。在一實例性實施例中，第一操縱信號415之偏振418橫向於磁場方向。

在各種實施例中，第一操縱信號415在橫向於原子物件軸線505之一第一傳播方向上傳播。在一實例性實施例中，第一操縱信號415在與原子物件軸線505形成一角度φ之一第一傳播方向上傳播。在各種實施例中，角度φ在0度至90度之一範圍中。在一實例性實施例中，角度φ係大約45度。

在各種實施例中，第二操縱信號425具有一第二偏振428(例如，所圖解說明實施例中之一線性偏振)。在一實例性實施例中，第二操縱信號425之第二偏振428橫向於磁場方向及第一偏振418兩者。

在各種實施例中，第二操縱信號425在橫向於原子物件軸線505之一第二傳播方向上傳播。在一實例性實施例中，第二操縱信號425在與原子物件軸線505形成一角度ψ之一第二傳播方向上傳播。在各種實施例中，角度ψ在90度至180度之一範圍中。在一實例性實施例中，角度ψ係大約135度。

在各種實施例中，第一傳播方向橫向於或反平行於第二傳播方向。一般而言，第一傳播方向與第二傳播方向實質上不平行(例如，彼此橫向或反平行)。在所圖解說明實施例中，第一傳播方向與第二傳播方向實質上彼此反平行(例如，φ+ψ=180°)。在各種實施例中，φ+ψ在135度至225度之範圍中。

在各種實施例中，第一傳播方向

(一各別第一操縱信號 415之波向量之方向上之一單位向量)與第二傳播方向

(一各別第二操縱信號425之波向量之方向上之一單位向量)之間的差在待冷卻之運動之方向上具有一非零投影。舉例而言，當待冷卻之原子物件508之模式係一軸向模式(例如，對應於沿著原子物件軸線505之運動)時，

，其中

係沿著原子物件軸線505之一單位向量，並且

。在另一實例中，當待冷卻之原子物件508之模式係一徑向模式(例如，對應於與原子物件軸線505正交之運動)時，

，其中

係一徑向單位向量(例如，

)，並且

。

圖5圖解說明用於執行一實例性實施例之一時脈狀態EIT冷卻操作之一實例性幾何結構。如應理解，在各種其他實施例中可使用其他幾何結構。舉例而言，在一實例性實施例中，磁場方向可平行於或反平行於原子物件軸線505。在一實例性實施例中，第一傳播方向及第二傳播方向各自平行於原子物件軸線505。在各種實施例中，磁場方向、第一傳播方向及/或第二傳播方向可橫向於由原子物件侷限設備界定之平面。

執行EIT冷卻操作之實例性方法

圖6提供圖解說明根據各種實施例的用於執行一S至P至D之EIT冷卻操作及/或一時脈狀態EIT冷卻操作之各種程序、過程及/或諸如此類之一流程圖。圖6中所展示之實例性實施例對應於藉由一基於QCCD之量子電腦(諸如量子電腦110)對一S至P至D之EIT冷卻操作及/或一時脈狀態EIT冷卻操作之執行。在各種實施例中，藉由量子電腦110之一控制器30來執行圖6中所圖解說明之程序、過程及/或諸如此類。

自步驟/操作602開始，控制器30致使量子電腦110開始一量子電路之效能及/或執行。舉例而言，控制器30可控制量子電腦110之電壓 源、操縱源64、磁場產生器70及/或諸如此類，以致使量子電腦110執行由原子物件侷限設備50侷限之原子物件之量子位元離子之一受控制量子狀態演進。

在步驟/操作604處，控制器30判定已識別出一冷卻觸發。舉例而言，當控制器30控制量子電腦110及/或其組件時，控制器30判定已識別出一冷卻觸發。在一實例性實施例中，回應於執行一輸送操作(例如，一線性輸送、透過一個二維原子物件侷限設備之一接面處之輸送、一原子物件內組分之一重新排序、組合原子物件、使原子物件分裂、交換原子物件及/或諸如此類)以及判定待自原子物件移除輸送操作期間所獲得之過量熱來識別冷卻觸發。在一實例性實施例中，識別冷卻觸發以準備一量子閘之效能。在各種實施例中，各種動作及/或所計劃動作可致使控制器30判定已識別出冷卻觸發。在各種實施例中，冷卻觸發指示原子物件侷限設備50之特定區域55，在該特定區域55中將執行冷卻操作。

在步驟/操作606處，控制器30控制磁場產生器70在特定區域55中產生具有一磁場方向及一特定振幅之一磁場。在一實例性實施例中，磁場產生器70係一永磁體，並且控制器30無需控制磁場產生器70。在一實例性實施例中，磁場產生器70經組態以在量子電腦110之整個操作及/或一量子電路及/或演算法之效能中產生及/或維持具有一磁場方向及一特定振幅之一實質上穩定之磁場。因此，在一實例性實施例中，控制器30控制磁場產生器70將具有磁場方向及特定振幅之磁場維持在特定區域55中。

在步驟/操作608處，控制器30控制第一操縱源64A產生一第一操縱信號215、415並將該第一操縱信號215、415提供給特定區域 55，且控制第二操縱源64B產生一第二操縱信號225、425並將該第二操縱信號225、425提供給特定區域55。

在各種實施例中，EIT冷卻操作係一S至P至D之EIT冷卻操作，並且第一操縱信號215由一第一波長λ₁表徵，該第一波長λ₁對應於原子物件308之一第一組分310之一S流形與一P流形之間的一躍遷，且按一第一解諧量△_SP與S流形與P流形之間的躍遷解諧。在各種實施例中，第二操縱信號225由一第二波長λ₂表徵，該第二波長λ₂對應於原子物件308之第一組分310之P流形與一D流形之間的一躍遷，且按一第二解諧量△_PD與P流形與D流形之間的躍遷解諧。

在各種實施例中，EIT冷卻操作係一時脈狀態EIT冷卻操作，並且第一操縱信號415由一第一波長λ_A表徵，該第一波長λ_A對應於原子物件408之一第一組分510之S流形之一第一時脈狀態412與一P流形之間的一躍遷，且按一第一解諧量△_A與第一時脈狀態412與P流形420之間的躍遷解諧。在各種實施例中，第二操縱信號425由一第二波長λ_B表徵，該第二波長λ_B對應於原子物件508之第一組分510之S流形410之第二時脈狀態414與一P流形420之間的一躍遷，且按一第二解諧量△_B與第二時脈狀態414與P流形420之間的躍遷解諧。

在各種實施例中，在一S至P至D之EIT冷卻操作之情形中，第一解諧量及第二解諧量對應於與S流形與D流形(或者在一時脈狀態EIT冷卻操作之情形中，第一時脈狀態412與第二時脈狀態414)之間的一個雙光子躍遷相關聯之一(所選擇)暗態(例如，將第一解諧量及第二解諧量調諧至該暗態及/或基於該暗態來判定第一解諧量及第二解諧量)。在各種實施例中，提供第一操縱信號215、415及第二操縱信號225、425，使得安 置在特定區域55中之原子物件具有以一時間重疊方式入射至該原子物件上之第一操縱信號及第二操縱信號。舉例而言，在至少一段時間內，第一操縱信號及第二操縱信號兩者同時入射至安置在特定區域55中之原子物件上。

在各種實施例中，在執行S至P至D之EIT冷卻操作或時脈狀態EIT冷卻操作之前，執行一都蔔勒冷卻操作。舉例而言，在一實例性實施例中，回應於判定已識別出冷卻觸發，執行一都蔔勒冷卻操作，後續接著執行一S至P至D之EIT冷卻操作或時脈狀態EIT冷卻操作，如適合於原子物件及/或其組分。在一實例性實施例中，回應於判定已在特定區域55中執行一都蔔勒冷卻操作直至安置在特定區域55中之原子物件已達到都蔔勒極限位置來識別冷卻觸發。

在步驟/操作610處，控制器30判定是否已執行充分冷卻。舉例而言，控制器30可控制量子電腦110之一或多個元件執行一或多個量測，以判定安置在特定區域55中之原子物件之一溫度及/或運動模式。舉例而言，控制器30可判定S至P至D之EIT冷卻操作或時脈狀態EIT冷卻操作是否已執行一充分時間量來致使充分冷卻。舉例而言，在一實例性實施例中，控制器30經組態以在一冷卻時間內執行S至P至D之EIT冷卻操作或時脈狀態EIT冷卻操作，並且對是否已執行充分冷卻之判定係對是否已在冷卻時間內執行S至P至D之EIT冷卻操作或時脈狀態EIT冷卻操作之一判定。在各種實施例中，冷卻時間選自0.2毫秒至1.5毫秒之一範圍。

在各種實施例中，各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操作在不到1.5毫秒內將一原子物件308自都蔔勒極限冷卻至

0.1，其中

係原子物件之一特定模式中之聲子平均數。在各種實施例中，各種實施例之 S至P至D之EIT冷卻操作在0.2毫秒至1.25毫秒內將一原子物件308自都蔔勒極限冷卻至

0.1。在一實例性實施例中，各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操作在0.2毫秒至0.5毫秒內將一原子物件308自都蔔勒極限冷卻至

0.1。舉例而言，在一實例性實施例中，各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操作在大約0.25毫秒內將一原子物件308自都蔔勒極限冷卻至

0.1。因此，控制器30可判定自第一操縱信號215及第二操縱信號225開始被施加給特定區域55以來一冷卻時間是否已過去。在各種實施例中，冷卻時間係0.25毫秒、0.5毫秒、1毫秒、1.25毫秒、1.5毫秒及/或諸如此類。

在各種實施例中，各種實施例之一時脈狀態冷卻操作經組態以對於軸向閘模式在大約0.7毫秒內且對於軸向質心模式在大約0.13毫秒內將一原子物件508自都蔔勒極限冷卻至低於

0.1。在各種實施例中，一時脈狀態冷卻操作經組態以在小於0.55ms內冷卻低於

1之所有徑向模式。因此，控制器30可判定自第一操縱信號415及第二操縱信號425開始被施加給特定區域55以來一冷卻時間是否已過去。在各種實施例中，冷卻時間係0.25毫秒、0.55毫秒、0.8毫秒、1毫秒、1.25毫秒及/或諸如此類。

當判定尚未執行充分冷卻時(例如，已在小於冷卻時間內執行S至P至D之EIT冷卻操作或時脈狀態EIT冷卻操作)，該程序返回至步驟/操作608，並且第一操縱信號215及第二操縱信號225繼續被施加給特定區域55。當判定已執行充分冷卻時(例如，已在冷卻時間內執行S至P至D之EIT冷卻操作或時脈狀態EIT冷卻操作)，該程序繼續至步驟/操作612。

在步驟/操作612處，控制器30控制第一操縱源64A及第二操縱源64B，以致使停止將第一操縱信號215及第二操縱信號225施加給特 定區域55。舉例而言，控制器30可致使第一操縱源64A及/或第二操縱源64B分別停止產生第一操縱信號215及/或第二操縱信號225。舉例而言，控制器30可控制一或多個調製器，以致使停止將第一操縱信號215及/或第二操縱信號225提供及/或施加給特定區域55。

在步驟/操作614處，控制器30控制量子電腦110之各種元件(例如，電壓源、操縱源64、磁場產生器70及/或諸如此類)繼續進行及/或執行量子電路。舉例而言，控制器30可控制量子電腦110之各種元件，以致使將一或多個原子物件輸送至特定區域55中、輸送出特定區域55及/或在特定區域55內輸送，對一或多個原子物件執行一或多個量子閘，讀取一或多個原子物件及/或原子物件之組分之一狀態，及/或諸如此類。

技術優勢

在各種實施例中，執行一S至P至D之EIT冷卻操作。在各種實施例中，提供一種能夠執行一S至P至D之EIT冷卻的系統(例如，量子電腦)及/或一種經組態成以致使一對應系統執行一S至P至D之EIT冷卻操作之控制器。舉例而言，各種實施例提供其中一原子物件之第一組分具有一低位D流形並且至少部分地使用一S至P至D之EIT冷卻操作來冷卻原子物件之系統。各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操為習用雷射冷卻技術提供了技術優勢，並為有關習用雷射冷卻技術之技術問題提供了技術解決方案。

舉例而言，都蔔勒冷卻僅使得能夠將原子物件冷卻至都蔔勒極限，此對於各種應用(包含基於QCCD之量子運算應用)並非充分低的。另外，與EIT冷卻相比，都蔔勒冷卻相對較慢。各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操作使得能夠以0.2毫秒至1.5毫秒範圍中之一冷卻時間來高效 冷卻遠低於都蔔勒極限(例如，

0.1)之原子物件。雖然所解析旁帶冷卻達成低於都蔔勒極限之冷卻，但所解析旁帶冷卻在技術上實施起來係複雜的，需要高雷射功率，且對雷射強度之波動係敏感的。當原子物件包括多個組分及/或係包括多種離子及/或原子之晶體時，所解析旁帶冷卻實施在技術上尤其複雜。各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操作提供了對所解析旁帶冷卻之改良，包含實施更少技術複雜性及更低雷射功率要求，同時維持快速及有效冷卻效能。各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操作進一步避免了對具有一低位D流形之原子物件之組分執行習用EIT冷卻之複雜性。舉例而言，在具有低位D流形之原子及/或離子之習用EIT冷卻中，原子及/或離子很有可能被「卡」在低位D流形中，且需要被重新泵回S流形與P流形之間的冷卻週期。因此，對於具有低位D流形之原子及/或離子及/或具有低位D流形之第一組分之原子物件，各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操作與習用EIT冷卻相比降低了技術複雜性。

各種實施例之S至P至D之EIT冷卻操作提供了用於產生第一操縱信號及第二操縱信號之操縱源可係用於執行都蔔勒冷卻之同一操縱源的額外技術優勢。因此，該系統可經組態以例如使用相同的兩個雷射來執行都蔔勒冷卻及S至P至D之EIT冷卻，此進一步降低了各種實施例中實施之技術複雜性。

在各種實施例中，執行一種時脈狀態EIT冷卻操作。在各種實施例中，提供一種能夠執行一時脈狀態EIT冷卻之系統(例如，量子電腦)及/或一種經組態以致使一對應系統執行一時脈狀態EIT冷卻操作之控制器。舉例而言，各種實施例提供了其中一原子物件之第一組分具有類似於一次離子化Yb之一能量結構並且至少部分地使用一時脈狀態EIT冷卻操 作來冷卻原子物件之系統。各種實施例之時脈狀態EIT冷卻操為習用雷射冷卻技術提供了技術優勢，並為有關習用雷射冷卻技術之技術問題提供了技術解決方案。

舉例而言，如本文中他處所論述，雷射冷卻技術係相對較慢之程序(例如，與諸如量子閘、原子物件輸送及/或諸如此類之QCCD量子處理器執行之其他程序相比)。而且，習用雷射冷卻技術需要顯著雷射功率。另外，具有一171Yb⁺類能量結構(例如，類似於一一次離子化171Yb原子之精細及/或超精細能量結構)之離子之先前EIT冷卻藉由將多種F=1狀態耦合至一激發流形來工作。舉例而言，基礎流形之S_1/2、F=1、m=+1狀態將經由耦合至P_1/2、F=0、m=0狀態來耦合至基礎流形之S_1/2、F=1、m=0狀態。然而，S_1/2、F=1、m=+1狀態至P_1/2、F=0、m=0狀態之耦合需要σ偏振，而S_1/2、F=1、m=0狀態至P_1/2、F=0、m=0狀態之耦合需要π偏振，由此需要磁場相對於傳播方向之特定定向。另外，離子可能會「卡」在S_1/2、F=0、m=0狀態中，且必須重新泵入S_1/2、F=1流形中，從而需要將S_1/2、F=0流形耦合至P流形之一額外操縱信號。因此，習用EIT冷卻需要一高度技術複雜性來有效地冷卻具有一第一組分之一原子物件，該第一組分具有一171Yb⁺類能量結構。而且，所解析旁帶冷卻將需要超出EIT所需之高頻寬控制能力的高頻寬控制能力，由此若想要使用兩種冷卻方法，則需要額外技術複雜性。因此，存在關於如何將原子物件高效、有效及穩健地冷卻至接近其運動基態之技術問題。

各種實施例為此等技術問題提供了技術解決方案。在各種實施例中，使用將原子物件之第一組分之S流形中之一第一時脈狀態耦合至P流形之一或多種狀態的一第一操縱信號以及將原子物件之第一組分之 S流形中之第二時脈狀態耦合至P流形之一或多種狀態的一第二操縱信號來執行一EIT冷卻操作。在各種實施例中，原子物件之第一組分之S流形中之第一時脈狀態係F=0、m=0狀態，並且原子物件之第一組分之S流形中之第二時脈狀態係F=1、m=0狀態。與F=1、m=+/- 1狀態相比，第一時脈狀態及第二時脈狀態實質上不易受到環境改變之影響。在各種實施例中，第一操縱信號及第二操縱信號兩者在P流形之一或多中狀態之上進行解諧，以確立與S流形中之第一時脈狀態與S流形中之第二時脈狀態之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。藉由耦合S流形中之第一時脈狀態與第二時脈狀態以便產生一(所選擇)暗態，可用比所解析旁帶冷卻低之雷射功率要求且以技術上比習用EIT冷卻簡單之一方式來實現對原子物件之接近運動基態之有效冷卻(例如，冷卻至顯著低於都蔔勒冷卻極限之溫度)。而且，在各種實施例中，用於產生及/或提供第一操縱信號及第二操縱信號之第一操縱源及第二操縱源亦可用於執行對原子物件之第一組分之旁帶冷卻。因此，各種實施例使得能夠使用旁帶冷卻及EIT冷卻，而無需額外雷射或其他操縱源。另外，與習用雷射冷卻技術相比，各種實施例導致在使用更少功率的同時原子物件冷卻得更快。如此，各種實施例提供了對原子物件之習用雷射冷卻之技術改良。

例性示控制器

在各種實施例中，一量子電腦110包括經組態以控制量子電腦110之各種元件之一控制器30。在各種實施例中，一控制器30可經組態以致使一量子電腦110執行各種操作(例如，運算操作，諸如閘操作、冷卻操作、輸送操作、量子位元交互操作、量子位元量測操作；洩漏抑制/變換操作；及/或諸如此類)。舉例而言，控制器30可經組態以識別一冷卻觸 發，致使一冷卻操作被執行(例如，一S至P至D之EIT冷卻操作、時脈狀態EIT冷卻操作及/或都蔔勒冷卻，後續接著一S至P至D或時脈狀態EIT冷卻操作)，控制第一操縱源及/或第二操縱源以提供第一操縱信號及/或第二操縱信號，及/或諸如此類。舉例而言，控制器30可經組態以控制控制低溫及/或真空室40內之溫度及壓力之一低溫系統及/或真空系統、操縱源64、經組態以將電壓信號施加給原子物件侷限設備50之電極之電壓源、磁場產生器70及/或控制低溫及/或真空室40內之環境條件(例如，溫度、濕度、壓力及/或諸如此類)之系統，及/或經組態以操縱及/或致使原子物件侷限設備50內之一或多個原子物件之量子狀態之一受控制演進。

如圖7中所展示，在各種實施例中，控制器30可包括各種控制器元件，包含處理元件705、記憶體710、驅動器控制器元件715、一通信介面720、類比轉數位轉換器元件725及/或諸如此類。舉例而言，處理元件705可包括可程式化邏輯器件(CPLD)、微處理器、協處理實體、特殊應用指令集處理器(ASIP)、積體電路、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)、可程式化邏輯陣列(PLA)、硬體加速器、其他處理裝置及/或電路系統及/或諸如此類。術語電路系統可係指一完全硬體實施例或者硬件與電腦程式產品之一組合。在一實例性實施例中，控制器30之處理元件705包括一時脈及/或與一時脈通信。

舉例而言，記憶體710可包括非暫時性記憶體，諸如揮發性及/或非揮發性記憶體儲存裝置，諸如硬磁碟、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、快閃記憶體、MMC、SD記憶體卡、記憶體棒、CBRAM、PRAM、FeRAM、RRAM、SONOS、賽道記憶體、RAM、DRAM、SRAM、FPM DRAM、EDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、RDRAM、RIMM、DIMM、SIMM、VRAM、快取記憶體、暫存器記憶體及/或諸如此類。在各種實施例中，記憶體710可儲存對應於量子電腦之量子位元之量子位元記錄(例如，在一量子位元記錄資料儲存器、量子位元記錄資料庫、量子位元記錄表及/或諸如此類中)、一校準表、一可執行佇列、電腦程式碼(例如，用一或多種電腦語言、專用控制器語言及/或諸如此類)及/或諸如此類。在一實例性實施例中，儲存在記憶體710中之電腦程式碼之至少一部分之執行(例如，通過處理元件705)致使控制器30執行本文中所闡述之一或多個步驟、操作、程序、過程及/或諸如此類。

在各種實施例中，驅動器控制器元件715可包含一或多個驅動器及/或控制器元件，該等控制器元件各自經組態以控制一或多個驅動器。在各種實施例中，驅動器控制器元件715可包括驅動器及/或驅動器控制器。舉例而言，驅動器控制器可經組態以致使一或多個對應驅動器根據由控制器30(例如，由處理元件705)排程及執行之可執行指令、命令及/或諸如此類來進行操作。在各種實施例中，驅動器控制器元件715可使得控制器30能夠操作及/或控制一或多個操縱源64，控制一或多個磁場產生器70，操作真空及/或低溫系統，及/或諸如此類。在各種實施例中，驅動器可以是雷射驅動器；真空元件驅動器；電壓源(例如，AC電壓源、任意波形產生器(AWG)、直接數位合成器(DDS)及/或諸如此類)；低溫及/或真空系統組件驅動器；及/或諸如此類。在各種實施例中，控制器30包括用於傳達及/或接收來自一或多個光學接收器組件之信號之構件，該等光學接收器組件係諸如相機、MEM相機、CCD相機、光電二極體、光電倍增管及/或諸如此類。舉例而言，控制器30可包括經組態以自一或多個光接收 器組件、校準感測器及/或諸如此類接收信號之一或多個類比轉數位轉換器元件725。舉例而言，控制器30可經由類比轉數位轉換器元件725接收對應於原子物件侷限設備50之特定區域55中之條件及/或對應於各種原子物件308之量測。

在各種實施例中，控制器30可包括用於與一運算實體10介接及/或通信之一通信介面720。舉例而言，控制器30可包括用於自運算實體10接收可執行指令、命令集及/或諸如此類且將自量子電腦110(例如，自一光學收集系統或其他量測系統)接收之輸出及/或一處理輸出之結果提供給運算實體10的一通信介面720。在各種實施例中，運算實體10及控制器30可經由一直接有線及/或無線連接及/或一或多個有線及/或無線網路20進行通信。

例示性運算實體

圖8提供可結合本發明之實施例使用之一實例性運算實體10之一說明性示意圖。在各種實施例中，一運算實體10經組態以允許一使用者將輸入提供給量子電腦110(例如，經由運算實體10之一使用者介面)，並對來自量子電腦110之輸出進行接收、顯示、分析及/或諸如此類。舉例而言，一使用者可操作一運算實體10來產生及/或程式化一量子演算法及/或量子電路，該量子演算法及/或量子電路可經提供使得控制器30可接收量子演算法及/或量子電路，並致使量子電腦110執行量子演算法及/或量子電路。

如圖8中所展示，一運算實體10可包含一天線812、一傳輸器804(例如，無線電)、一接收器806(例如，無線電)，以及分別將信號提供給傳輸器804及接收器806並自傳輸器804及接收器806接收信號之一 處理裝置及/或元件808。分別提供給傳輸器804及接收器806並自傳輸器804及接收器806接收之信號可包含根據適用無線系統之一空中介面標準之發信資訊/資料，以與諸如一控制器30、其他運算實體10及/或諸如此類之各種實體通信。就此而言，運算實體10能夠以一或多個空中介面標準、通信協定、調製類型及存取類型來操作。舉例而言，運算實體10可經組態以使用一有線資料傳輸協定來接收及/或提供通信，該有線資料傳輸協議係諸如光纖散佈式資料介面(FDDI)、數位用戶線(DSL)、乙太網、異步傳遞模式(ATM)、訊框中繼、有線電纜資料服務介面規範(DOCSIS)或任何其他有線傳輸協定。類似地，運算實體10可經組態以使用多種協定中之任何一種經由無線外部通信網路來通信，該等協定係諸如通用封包無線電服務(GPRS)、通用移動電信系統(UMTS)、分碼多重存取2000(CDMA2000)、CDMA2000 1X(1xRTT)、寬頻分碼多重存取(WCDMA)、全球行動通信系統(GSM)、全域演進增強資料率(EDGE)、時分同步分碼多重存取(TD-SCDMA)、長期演進(LTE)、演進式通用地面無線電存取(E-UTRAN)、演進資料最佳化(EVDO)、高速封包存取(HSPA)、高速下行鏈路封包存取(HSDPA)、IEEE 802.11(Wi-Fi)、Wi-Fi直連、802.16(WiMAX)、超寬頻(UWB)、紅外線(IR)協定、近場通信(NFC)協定、Wibree、藍芽協定、無線通用串列匯流排(USB)協定及/或任何其他無線協定。運算實體10可使用此類協定及標準來使用以下各項進行通信：邊界閘道協定(BGP)、動態主機組態協定(DHCP)、網域名稱系統(DNS)、文字傳遞協定(FTP)、超文字傳遞協定(HTTP)、TLS/SSL/安全之上的HTTP、網際網路訊息存取協定(IMAP)、網路時間協定(NTP)、簡單郵件傳遞協定(SMTP)、Telnet、輸送層安全性(TLS)、安全套接層 (SSL)、網際網路協定(IP)、傳輸控制協定(TCP)、使用者資料包協定(UDP)、資料包擁擠控制協定(DCCP)、串流控制傳輸協定(SCTP)、超文字標記語言(HTML)及/或諸如此類。

經由此等通信標準及協定，運算實體10可使用諸如以下各項的概念來與各種其他實體通信：非結構化補充服務資訊/資料(USSD)、短訊息服務(SMS)、多媒體傳訊服務(MMS)、雙音多頻發信(DTMF)及/或用戶身份模組撥號器(SIM撥號器)。運算實體10亦可下載例如對其韌體、軟體(例如，包含可執行指令、應用、程式模組)及操作系統之改變、添加及更新。

運算實體10亦可包括一使用者介面裝置，該使用者介面裝置包括一或多個使用者輸入/輸出介面(例如，耦合至一處理裝置及/或元件808之一顯示器816及/或揚聲器/揚聲器驅動器，以及耦合至一處理裝置及/或元件808之一觸控螢幕、鍵盤、滑鼠及/或麥克風)。舉例而言，使用者輸出介面可經組態以提供在運算實體10上可互換地執行及/或可經由運算實體10進行存取之一應用、瀏覽器、使用者介面、介面、儀錶板、螢幕、網頁、頁面及/或本文中所使用之類似字詞，以致使資訊/資料之顯示或聲訊呈現，並經由一或多個使用者輸入介面與其交互。使用者輸入介面可包括允許運算實體10接收資料之若干個裝置中之任一者，諸如一小鍵盤818(硬的或軟的)、一觸控顯示器、聲音/語音或運動介面、掃描儀、閱讀器或其他輸入裝置。在包含一小鍵盤818之實施例中，小鍵盤818可包含(或致使顯示)習用數位鍵(0至9)及相關鍵(#、*)以及用於操作運算實體10之其他鍵，且可包含一整組字母鍵或者可經啟動以提供一整組字母數位鍵的一組鍵。除了提供輸入以外，使用者輸入介面另外可用於例如啟動或解除啟動 某些功能，諸如螢幕保護及/或睡眠模式。透過此類輸入，運算實體10可收集資訊/資料、使用者交互/輸入及/或諸如此類。

運算實體10亦可包含揮發性儲存裝置或記憶體822及/或非揮發性儲存裝置或記憶體824，其可係嵌入式的及/或可移動的。舉例而言，非揮發性記憶體可係ROM、PROM、EPROM、EEPROM、快閃記憶體、MMC、SD記憶體卡、記憶體棒、CBRAM、PRAM、FeRAM、RRAM、SONOS、賽道記憶體及/或諸如此類。揮發性記憶體可係RAM、DRAM、SRAM、FPM DRAM、EDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、RDRAM、RIMM、DIMM、SIMM、VRAM、快取記憶體、暫存器記憶體及/或諸如此類。揮發性及非揮發性儲存裝置或記憶體可儲存資料庫、資料庫例項、資料庫管理系統實體、資料、應用、程式、程式模組、描述性語言、源碼、目標碼、位元組碼、編譯碼、解釋碼、機器碼、可執行指令及/或諸如此類以實施運算實體10之功能。

結論

受益於前述闡述及相關聯圖式中所呈現之教示，熟習此項技術者將聯想到本文中所陳述之本發明之諸多修改及其他實施例。因此，應理解，本發明並不限於所揭示之特定實施例，且彼修改及其他實施例意欲包含於隨附申請專利範圍之範疇內。儘管本文採用了特定術語，但其使用僅具有一泛用及敘述性意義且並非出於限制之目的。

210:S流形/S_1/2流形

215:第一操縱信號

220:P流形/P_1/2流形

225:第二操縱信號

230:D流形/D_3/2流形/低位D流形

λ₁:第一波長

λ₂:第二波長/固定波長

△_PD:第二解諧量

△_SP:第一解諧量

Claims (10)

1. 一種用於冷卻由一原子物件侷限設備侷限之一原子物件之方法，該方法包括：由與該原子物件侷限設備相關聯之一控制器控制一第一操縱源，以將一第一操縱信號提供給該原子物件侷限設備之一特定區域；及由該控制器控制一第二操縱源，以將一第二操縱信號提供給該原子物件侷限設備之該特定區域，其中：待冷卻之該原子物件位於該原子物件侷限設備之該特定區域中，該第一操縱信號由一第一波長表徵，該第一波長對應於該原子物件之一第一組分之一S流形與一P流形之間的一躍遷，且按一第一解諧量(detuning)與該S流形與該P流形之間的該躍遷解諧(detuned)，該第二操縱信號由一第二波長表徵，該第二波長對應於該原子物件之該第一組分之該P流形與一D流形之間的一躍遷，且按一第二解諧量與P流形與該D流形之間的該躍遷解諧，選擇該第一解諧量及該第二解諧量來確立與該S流形與該D流形之間的一個雙光子躍遷相關聯之一暗態。
2. 如請求項1之方法，其中(a)該原子物件係包括兩個或更多個離子之一離子晶體，(b)該原子物件之該第一組分係一第一原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者，(c)該原子物件之該第一組分經組態以供在該晶體之一協同冷卻方案中用作一冷卻劑離子，(d)該原子物件之一第二 組分係一第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之至少一者，(e)該第二原子物件類型不同於該第一原子物件類型，及(f)該第二原子物件類型之該兩個或更多個離子中之該至少一者經組態以供用作包括該原子物件侷限設備之一量子電腦之一量子位元。
3. 如請求項1之方法，其中該第一解諧量與該第二解諧量實質上相等。
4. 如請求項1之方法，其中該第一操縱信號之一偏振及該第二操縱信號之一偏振對應於與該暗態相關聯之該雙光子躍遷。
5. 如請求項1之方法，其進一步包括致使在該原子物件侷限設備之該特定區域中產生具有一磁場方向之一磁場，其中該原子物件或該原子物件侷限設備之該特定區域中之一者界定一原子物件軸線，並且該磁場方向橫向於該原子物件軸線。
6. 如請求項5之方法，其中該磁場方向與該原子物件軸線形成三十至六十度之一範圍中之一角度。
7. 如請求項5之方法，其中該第一操縱信號界定橫向於該原子物件軸線之一第一傳播方向，並且該第二操縱信號界定橫向於該原子物件軸線之一第二傳播方向。
8. 如請求項7之方法，其中該第一操縱信號與該第二操縱信號並非共傳 播的，並且該磁場方向橫向於該第一傳播方向及該第二傳播方向兩者。
9. 如請求項8之方法，其中該第一傳播方向及該第二傳播方向兩者實質上垂直於該磁場方向。
10. 如請求項7之方法，其中(a)該第一操縱信號之該偏振實質上橫向於由該原子物件侷限設備界定之一平面，(b)該第二操縱信號之該偏振實質上橫向於由該原子物件侷限設備界定之該平面，並且(c)該第一傳播方向、該第二傳播方向及該磁場方向分別實質上平行於由該原子侷限設備界定之該平面。