具有弯曲分支的周期性多维原子对象约束装置的制作方法

各种实施例涉及具有弯曲分支的多维原子对象约束装置和包括具有弯曲分支的多维离子阱装置的系统。例如，各种实施例涉及多维原子对象约束装置，该装置具有通过接合点连接的分支的周期性和/或准周期性阵列，分支包括弯曲分支。

背景技术：

1、离子阱可以使用电场和磁场的组合来捕获势阱中的多个离子。可以出于多种目的捕获离子，多种目的可以包括例如质谱分析、研究和/或控制捕获离子的量子态。在各种场景中，可以使用多维(例如，二维)离子阱来捕获多个离子。通常，多维离子阱包括经由一个或更多个接合点彼此连接的多个一维阱段(trap segment)。通过应用努力、独创性和创新，此类现有离子阱和包含此类离子阱的系统的许多缺陷因此已经通过开发根据本发明的实施例构造的解决方案而得到解决，本文详细描述了本发明的许多示例。

技术实现思路

1、示例实施例提供了多维原子对象约束装置和/或包括多维原子对象约束装置的系统，多维原子对象约束装置由经由接合点连接的一维约束段的周期性或准周期性阵列形成。在各实施例中，周期性或准周期性阵列包括弯曲的一维约束段，所述一维约束段在本文中称为分支。例如，弯曲分支可以采取正弦或余弦函数、奇函数或偶函数和/或任何其他弯曲的一维段的形式。在各实施例中，原子对象约束装置是离子阱或被配置成约束多个原子对象的其他约束装置。在各种实施例中，原子对象是离子、原子、多离子或多原子基团或晶体、中性或离子型分子等。

2、根据第一方面，一种原子对象约束装置，包括：多个分支，多个分支中的每个分支限定一维阱段；以及多个接合点，多个接合点中的每个接合点连接多个分支中的至少两个分支。多个分支和多个接合点被布置成连接的一维阱段的周期性或准周期性阵列。周期性阵列或准周期性阵列包括一个或更多个最小阵列元素。一个或更多个最小阵列元素中的每个最小阵列元素包括至少一个弯曲分支。

3、在示例实施例中，至少一个弯曲分支具有设置在第一接合点处的第一端和设置在第二接合点处的第二端，并且至少一个弯曲分支的长度大于第一接合点和第二接合点之间的直线距离。

4、在示例实施例中，多个分支中的每个分支是弯曲分支。

5、在示例实施例中，阵列被配置成使得在第一点处与多个分支中的分支相切绘制的直线在阵列的周期或周期的次谐波处与多个分支中的另外的分支相切，并且(a)在离散点处与多个分支中的其余分支相交，或(b)不与多个分支中的其余分支相交。

6、在示例实施例中，阵列被配置成使得在阵列的周期或周期的次谐波处垂直于多个分支中的分支并且垂直于另外的分支绘制直线。

7、在示例实施例中，阵列被配置成使得在阵列的周期或周期的次谐波处与一组分支相切绘制直线，该一组分支形成行或列，并且直线不与所述一组分支中的任何分支在沿着该分支的任何其他点处相交。

8、在示例实施例中，阵列被配置成使得与多个分支中的分支相切绘制的直线，从该分支起在阵列的给定数量的周期内，不与多个分支中的任何其他分支相切。

9、在示例实施例中，阵列被配置成使得在某个点处垂直于多个分支中的分支绘制的直线，从该分支起在阵列的给定数量的周期内，(a)既不与多个分支中的任何其他分支相切，(b)也不垂直于多个分支中的另一个分支的点。

10、在示例实施例中，一个或更多个最小阵列元素中的每个最小阵列元素包括至少一个直分支。

11、在示例实施例中，阵列被配置成使得以下中的至少一个被满足：(i)在第一点处与多个分支中的分支相切绘制的第一直线，在阵列的周期或周期的次谐波处与多个分支的第一组另外的分支相切，并且(a)在离散点处与多个分支中的其余分支相交，或(b)不与多个分支中的其余分支相交，(ii)垂直于该分支并且在阵列的周期或周期的次谐波处垂直于多个分支中的第二组另外的分支绘制第二直线，(iii)在阵列的周期或周期的次谐波处与一组分支相切绘制第三直线，所述一组分支形成行或列，并且第三直线不与所述一组分支中的任何分支在沿该分支的任何其他点处相交，(iv)与该分支相切绘制的第四直线从该分支起在阵列的给定数量的周期内不与多个分支中的任何其他分支相切，或者(v)在某个点处垂直于该分支绘制的第五直线，从该分支起在给定数量的周期内，(a)既不与多个分支中的任何其他分支相切，(b)也不垂直于多个分支中的另一个分支的点。

12、在示例实施例中，阵列被配置成使得以下中的至少两个被满足：(i)在第一点处与多个分支中的分支相切绘制的第一直线，在阵列的周期或周期的次谐波处与多个分支的第一组另外的分支相切，并且(a)在离散点处与多个分支中的其余分支相交，或(b)不与多个分支中的其余分支相交，(ii)垂直于该分支并且在阵列的周期或周期的次谐波处垂直于多个分支中的第二组另外的分支绘制第二直线，(iii)在阵列的周期或周期的次谐波处与一组分支相切绘制第三直线，所述一组分支形成行或列，并且第三直线不与所述一组分支中的任何分支在沿该分支的任何其他点处相交，(iv)与该分支相切绘制的第四直线从该分支起在阵列的给定数量的周期内不与多个分支中的任何其他分支相切，或者(v)在某个点处垂直于该分支绘制的第五直线，从该分支起在给定数量的周期内，(a)既不与多个分支中的任何其他分支相切，(b)也不垂直于多个分支中的另一个分支的点。

13、根据另一方面，提供了一种量子计算机。在示例实施例中，量子计算机包括控制器；以及原子对象约束装置。控制器被配置成使一个或更多个电压信号被施加到原子对象约束装置的相应电极。原子对象约束装置包括：多个分支，多个分支中的每个分支限定一维阱段；以及多个接合点，多个接合点中的每个接合点连接多个分支中的至少两个分支。多个分支和多个接合点被布置成连接的一维阱段的周期性或准周期性阵列。周期性阵列或准周期性阵列包括一个或更多个最小阵列元素。一个或更多个最小阵列元素中的每个最小阵列元素包括至少一个弯曲分支。

14、在示例实施例中，控制器被配置成使得对由原子对象约束装置约束的原子对象执行(几乎和/或近似)并行操作。

15、在示例实施例中，(几乎和/或近似)并行操作包括在一个或更多个最小阵列元素中的第一最小阵列元素中执行的第一操作和在一个或更多个最小阵列元素中的第二最小阵列元素中执行的第二操作，第一操作和第二操作通过沿着相同光束路径传播的一个或更多个操纵信号来执行。

16、在示例实施例中，量子计算机还包括一个或更多个操纵源，一个或更多个操纵源被配置成由控制器控制以生成一个或更多个操纵信号。

17、在示例实施例中，至少一个弯曲分支具有设置在第一接合点处的第一端和设置在第二接合点处的第二端，并且至少一个弯曲分支的长度大于第一接合点和第二接合点之间的直线距离。

18、在示例实施例中，多个分支中的每个分支是弯曲分支。

19、在示例实施例中，一个或更多个最小阵列元素中的每个最小阵列元素包括至少一个直分支。

20、在示例实施例中，阵列被配置成使得以下中的至少一个被满足：(i)在第一点处与多个分支中的分支相切绘制的第一直线，在阵列的周期或周期的次谐波处与多个分支中的第一组另外的分支相切，并且(a)在离散点处与多个分支中的其余分支相交，或(b)不与多个分支中的其余分支相交，(ii)垂直于该分支并且在阵列的周期或周期的次谐波处垂直于多个分支中的第二组另外的分支绘制第二直线，(iii)在阵列的周期或周期的次谐波处与一组分支相切绘制第三直线，该一组分支形成行或列，并且第三直线不与该一组分支中的任何分支在沿着该分支的任何其他点处相交，(iv)与该分支相切绘制的第四直线从该分支起在阵列的给定数量的周期内不与多个分支中的任何其他分支相切，或者(v)在某个点处垂直于该分支绘制的第五直线，从该分支起在阵列的给定数量的周期内，(a)既不与多个分支中的任何其他分支相切，(b)也不垂直于多个分支中的另一个分支的点。

21、在示例实施例中，阵列被配置成使得以下中的至少两个被满足：(i)在第一点处与多个分支中的分支相切绘制的第一直线，在阵列的周期或周期的次谐波处与多个分支中的第一组另外的分支相切，并且(a)在离散点处与多个分支中的其余分支相交，或(b)不与多个分支中的其余分支相交，(ii)垂直于该分支并且在阵列的周期或周期的次谐波处垂直于多个分支中的第二组另外的分支绘制第二直线，(iii)在阵列的周期或周期的次谐波处与一组分支相切绘制第三直线，该一组分支形成行或列，并且第三直线不与该一组分支中的任何分支在沿着该分支的任何其他点处相交，(iv)与该分支相切绘制的第四直线从该分支起在阵列的给定数量的周期内不与多个分支中的任何其他分支相切，或者(v)在某个点处垂直于该分支绘制的第五直线，从该分支起在阵列的给定数量的周期内，(a)既不与多个分支中的任何其他分支相切，(b)也不垂直于多个分支中的另一个分支的点。

22、在示例实施例中，量子计算机还包括至少一个电压源，该至少一个电压源被配置成由控制器控制以生成一个或更多个电压信号。

23、根据又一方面，提供了一种多维原子对象约束装置。多维原子对象约束装置包括被布置成多维周期性阵列的多个分支。多个分支包括分别根据周期性阵列的周期设置的弯曲分支。