离子探测装置及离子阱量子计算机的制作方法

本申请涉及量子计算机，具体涉及用于离子阱量子计算机的离子探测装置以及包括该离子探测装置的离子阱量子计算机。

背景技术：

1、目前，离子阱量子计算机的研发和应用正在加速部署。这种量子计算设备主要利用离子阱囚禁离子并操纵其量子态来实现量子比特的存储和操纵，同时还利用量子纠缠实现量子并行计算和量子态的传输，并通过测量离子的物理属性来读取量子比特的状态，从而完成量子计算任务。由于读取量子比特的状态是量子计算输出的必要步骤，因此，在离子阱量子计算机中，探测离子的量子态具有至关重要的作用。通过精确地测量离子的物理属性（如荧光发射）可确定量子比特的状态，从而评估出量子计算的结果。这对于量子计算的发展和实际应用至关重要，有助于不断优化量子算法，提高量子计算的精度和效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供用于离子阱量子计算机的离子探测装置以及包括该离子探测装置的离子阱量子计算机，以解决上述技术问题。

2、本申请实施例提供一种离子探测装置，该离子探测装置包括：物镜，用于收集囚禁在离子阱中线性排布的多个离子发出的荧光，并将收集到的多个离子的荧光汇聚并输出给第一平凸透镜；第一平凸透镜，用于将物镜收集到的多个离子的荧光聚焦至光阑处；光阑，用于对聚焦至光阑处的多个离子的荧光进行空间滤波；组合透镜，用于将通过光阑的多个离子的荧光再次汇聚并输出给第二平凸透镜；第二平凸透镜，用于将透过组合透镜的多个离子的荧光投射到多通道光电倍增管；多通道光电倍增管，用于将投射到多通道光电倍增管的多个离子的荧光分别接收到多通道光电倍增管中线性排布的多个通道中分别进行量子态探测，其中，物镜、第一平凸透镜、组合透镜以及第二平凸透镜还用于放大多个离子的荧光，使得投射到多通道光电倍增管的多个离子的荧光中的相邻两个离子的荧光的光斑之间的间距与线性排布的多个通道中的相邻两个通道之间的间距一致。

3、可选地，所述放大还使得投射到多通道光电倍增管的多个离子的荧光中的每个离子的荧光的光斑大小符合多通道光电倍增管的通道感光范围。

4、可选地，物镜、第一平凸透镜、光阑、组合透镜和第二平凸透镜物镜共轴设置。

5、可选地，该离子探测装置还包括：设置在组合透镜与第二平凸透镜物镜之间的分光镜，用于将多个离子的荧光中的一部分反射至相机，并将多个离子的荧光的另一部分输出给第二平凸透镜；相机，用于对多个离子的荧光进行成像。

6、可选地，该离子探测装置还包括：与分光镜固定连接的翻转镜架，用于翻转分光镜，其中，当相机捕获到多个离子的荧光的图像时，分光镜通过翻转镜架被翻转至预定角度，使得多个离子的荧光至少以92%的比例输出给第二平凸透镜。

7、可选地，所述组合透镜包括凸面相对设置的两个平凸透镜。

8、可选地，所述光阑为分度圆环调节式光阑、拨杆式sm螺纹光阑和标准拨杆式光阑中的一种。

9、可选地，所述多个通道中的相邻两个通道之间至少间隔一个通道。

10、可选地，所述放大的倍率由所述多个离子中的相邻两个离子之间的间距和所述多个通道中的相邻两个通道之间的间距确定，物镜、第一平凸透镜、组合透镜和第二平凸透镜的焦距以及物镜、第一平凸透镜、光阑、组合透镜和第二平凸透镜彼此之间的距离由所述放大的倍率确定。

11、可选地，所述放大的倍率大于或等于p，p=2w/d，其中，w表示所述多通道光电倍增管中的相邻两个通道之间的间距，d表示所述多个离子中的相邻两个离子之间的间距。

12、可选地，该离子探测装置还包括：信号放大单元，用于对多通道光电倍增管输出的电压信号进行信号放大处理。

13、可选地，该离子探测装置还包括：信号整形单元，用于对所述多通道光电倍增管输出的电压信号进行信号整形处理。

14、可选地，所述多个离子中包括以下离子中的至少一种：镱离子、钙离子、钡离子。

15、本申请实施例还提供一种离子阱量子计算机，包括如上所述的离子探测装置。

16、本申请提供的离子探测装置能够高效率地实现对囚禁在离子阱中的多个离子的量子态的高保真度探测，从而在离子阱量子计算机中实现对多个量子比特的精准读取，使得基于多个量子比特的量子门操作及量子算法在离子阱量子计算机中的执行效率得到进一步提升，这对于提升离子阱量子计算机的计算性能、稳定性和应用范围都具有重要的意义。

技术特征：

1.一种离子探测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大还使得投射到多通道光电倍增管的多个离子的荧光中的每个离子的荧光的光斑大小符合多通道光电倍增管的通道感光范围。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，物镜、第一平凸透镜、光阑、组合透镜和第二平凸透镜物镜共轴设置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组合透镜包括凸面相对设置的两个平凸透镜。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光阑为分度圆环调节式光阑、拨杆式sm螺纹光阑和标准拨杆式光阑中的一种。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个通道中的相邻两个通道之间至少间隔一个通道。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放大的倍率由所述多个离子中的相邻两个离子之间的间距和所述多个通道中的相邻两个通道之间的间距确定，物镜、第一平凸透镜、组合透镜和第二平凸透镜的焦距以及物镜、第一平凸透镜、光阑、组合透镜和第二平凸透镜彼此之间的距离由所述放大的倍率确定。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述放大的倍率大于或等于p，p=2w/d，其中，w表示所述多通道光电倍增管中的相邻两个通道之间的间距，d表示所述多个离子中的相邻两个离子之间的间距。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个离子中包括以下离子中的至少一种：镱离子、钙离子、钡离子。

14.一种离子阱量子计算机，其特征在于，包括权利要求1-13中任一项所述的离子探测装置。

技术总结
本申请公开了离子探测装置及离子阱量子计算机，离子探测装置包括物镜，用于收集囚禁在离子阱中线性排布的多个离子发出的荧光，并将收集到的多个离子的荧光汇聚并输出给第一平凸透镜；第一平凸透镜，用于将物镜收集到的多个离子的荧光聚焦至光阑处；光阑，用于对聚焦至光阑处的多个离子的荧光进行空间滤波；组合透镜，用于将通过光阑的多个离子的荧光再次汇聚并输出给第二平凸透镜；第二平凸透镜，用于将透过组合透镜的多个离子的荧光投射到多通道光电倍增管；多通道光电倍增管，用于将投射到多通道光电倍增管的多个离子的荧光分别接收到多通道光电倍增管中线性排布的多个通道中分别进行量子态探测。本申请实现了多个比特的精准读取。

技术研发人员：陆鹏飞,周卓俊,罗乐,陈柳平,李杨
受保护的技术使用者：国开启科量子技术（安徽）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10