#P-47

Pułapkowanie i chłodzenie jonów wapnia – pierwszy krok do przygotowania rejestru komputera kwantowego

Szymon FIDERKIEWICZ

Instytut Opotoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

W ostatnich latach nastąpił znaczny rozwój technologii komputerów kwantowych. Dostępne są różne typy architektury i różne typy kubitów: kubity jonowe, kubity fotonowe, kubity nadprzewodzące i kubity topologiczne.

W ramach projektu „MIKOK” (DOB-SZAFIR/01/A/023/01/2020) zdecydowaliśmy się zestawić komputer kwantowy oparty na pułapce jonowej. Taki wybór został podjęty ze względu na bardzo wysoką dokładność działania uzyskanej w eksperymentach [1], stosunkowo niskich wymagań środowiskowych, w których takie komputery są używane, oraz ich skalowalności. Dodatkowym aspektem był fakt iż technologia optyczna i mikrofalowa wymagana do ich obsługi jest dobrze rozwinięta i łatwo dostępna już dziś [2].

Żeby móc mówić o komputerze kwantowym i wykonywanych na nim algorytmach kwantowych, najpierw dostępny musi być jego rejestr kwantowy. By taki rejestr uzyskać wewnątrz pułapki Paula [3] umieszczony jest cel ablacyjny, z którego wybijane są atomy wapnia. Następnie atomy te ulegają dwustopniowej fotojonizacji tym samym stając się podatnym na działanie zewnętrznego pola elektrycznego przyłożonego elektrod wewnątrz pułapki. Następnie jony są laserowo chłodzone dzięki wykorzystaniu efektu Dopplera (ang. Doppler cooling) – jony na skutek emisji wymuszonej wytracają stopniowo swą energię, przez co zwalniają i mogą zostać uwięzione w studni potencjału elektrycznego wewnątrz pułapki.

Rys. 1. Zdjęcie spułapkowanych jonów wapnia Ca⁴⁰⁺

W niniejszej pracy przedstawiona zostanie architektura zestawionego komputera kwantowego wraz z wynikami w postaci uwięzionych jonów oraz eksperymentalnego wyznaczenia ich temperatury.

Literatura
[1] C. J. Ballance, T. P. Harty, N. M. Linke, M. A. Sepiol, and D. M. Lucas, “High-fidelity quantum logic gates using trapped-ion hyperfine qubits.”
[2] T. P. Harty, MA Sepiol, D. T. Allcock, C. J. Ballance, J. Tarlton, D. Lucas, High-fidelity trapped-ion quantum logic using near-field microwaves, Phys Rev Lett American Physical Society 117:14 (2016) 140501
[3] W. Paul and H. Steinwedel: "Verfahren zur Trennung bzw. zum getrennten Nachweis von Ionen verschiedener spezifischer Ladung", filed on December 24, 1953