• 文献检索
  • 文档翻译
  • 深度研究
  • 学术资讯
  • Suppr Zotero 插件Zotero 插件
  • 邀请有礼
  • 套餐&价格
  • 历史记录
应用&插件
Suppr Zotero 插件Zotero 插件浏览器插件Mac 客户端Windows 客户端微信小程序
定价
高级版会员购买积分包购买API积分包
服务
文献检索文档翻译深度研究API 文档MCP 服务
关于我们
关于 Suppr公司介绍联系我们用户协议隐私条款
关注我们

Suppr 超能文献

核心技术专利:CN118964589B侵权必究
粤ICP备2023148730 号-1Suppr @ 2026

文献检索

告别复杂PubMed语法,用中文像聊天一样搜索,搜遍4000万医学文献。AI智能推荐,让科研检索更轻松。

立即免费搜索

文件翻译

保留排版,准确专业,支持PDF/Word/PPT等文件格式,支持 12+语言互译。

免费翻译文档

深度研究

AI帮你快速写综述,25分钟生成高质量综述,智能提取关键信息,辅助科研写作。

立即免费体验

囚禁离子的微波量子逻辑门。

Microwave quantum logic gates for trapped ions.

机构信息

Time and Frequency Division, National Institute of Standards and Technology, 325 Broadway, Boulder, Colorado 80305, USA.

出版信息

Nature. 2011 Aug 10;476(7359):181-4. doi: 10.1038/nature10290.

DOI:10.1038/nature10290
PMID:21833084
Abstract

Control over physical systems at the quantum level is important in fields as diverse as metrology, information processing, simulation and chemistry. For trapped atomic ions, the quantized motional and internal degrees of freedom can be coherently manipulated with laser light. Similar control is difficult to achieve with radio-frequency or microwave radiation: the essential coupling between internal degrees of freedom and motion requires significant field changes over the extent of the atoms' motion, but such changes are negligible at these frequencies for freely propagating fields. An exception is in the near field of microwave currents in structures smaller than the free-space wavelength, where stronger gradients can be generated. Here we first manipulate coherently (on timescales of 20 nanoseconds) the internal quantum states of ions held in a microfabricated trap. The controlling magnetic fields are generated by microwave currents in electrodes that are integrated into the trap structure. We also generate entanglement between the internal degrees of freedom of two atoms with a gate operation suitable for general quantum computation; the entangled state has a fidelity of 0.76(3), where the uncertainty denotes standard error of the mean. Our approach, which involves integrating the quantum control mechanism into the trapping device in a scalable manner, could be applied to quantum information processing, simulation and spectroscopy.

摘要

在计量学、信息处理、模拟和化学等领域,对量子水平物理系统的控制非常重要。对于被捕获的原子离子,可以用激光相干地操纵其量子运动和内部自由度。对于射频或微波辐射,类似的控制是很难实现的:内部自由度和运动之间的基本耦合需要在原子运动的范围内发生显著的场变化,但对于自由传播的场,这种变化在这些频率下可以忽略不计。一个例外是在小于自由空间波长的结构中的微波电流近场中,其中可以产生更强的梯度。在这里,我们首先在微制造的陷阱中相干地(在 20 纳秒的时间尺度上)操纵离子的内部量子态。控制磁场是通过集成到陷阱结构中的电极中的微波电流产生的。我们还通过适用于通用量子计算的门操作生成了两个原子的内部自由度之间的纠缠;纠缠态的保真度为 0.76(3),其中不确定性表示平均值的标准误差。我们的方法涉及以可扩展的方式将量子控制机制集成到捕获设备中,可应用于量子信息处理、模拟和光谱学。

相似文献

1
Microwave quantum logic gates for trapped ions.囚禁离子的微波量子逻辑门。
Nature. 2011 Aug 10;476(7359):181-4. doi: 10.1038/nature10290.
2
Fast quantum logic gates with trapped-ion qubits.囚禁离子量子比特的快速量子逻辑门。
Nature. 2018 Feb 28;555(7694):75-78. doi: 10.1038/nature25737.
3
Trapped-ion quantum logic gates based on oscillating magnetic fields.基于振荡磁场的囚禁离子量子逻辑门。
Phys Rev Lett. 2008 Aug 29;101(9):090502. doi: 10.1103/PhysRevLett.101.090502.
4
Multi-element logic gates for trapped-ion qubits.囚禁离子量子比特的多元逻辑门。
Nature. 2015 Dec 17;528(7582):380-3. doi: 10.1038/nature16186.
5
Quantum gates and memory using microwave-dressed states.使用微波修饰态的量子门和存储器。
Nature. 2011 Aug 10;476(7359):185-8. doi: 10.1038/nature10319.
6
Trapped-Ion Quantum Logic with Global Radiation Fields.具有全局辐射场的囚禁离子量子逻辑
Phys Rev Lett. 2016 Nov 25;117(22):220501. doi: 10.1103/PhysRevLett.117.220501. Epub 2016 Nov 23.
7
Ion-trap quantum logic using long-wavelength radiation.使用长波长辐射的离子阱量子逻辑
Phys Rev Lett. 2001 Dec 17;87(25):257904. doi: 10.1103/PhysRevLett.87.257904. Epub 2001 Nov 29.
8
Integrated optical multi-ion quantum logic.集成光学多离子量子逻辑。
Nature. 2020 Oct;586(7830):533-537. doi: 10.1038/s41586-020-2823-6. Epub 2020 Oct 21.
9
Hybrid quantum logic and a test of Bell's inequality using two different atomic isotopes.混合量子逻辑和使用两种不同的原子同位素检验贝尔不等式。
Nature. 2015 Dec 17;528(7582):384-6. doi: 10.1038/nature16184.
10
Entanglement of single-atom quantum bits at a distance.远距离单原子量子比特的纠缠
Nature. 2007 Sep 6;449(7158):68-71. doi: 10.1038/nature06118.

引用本文的文献

1
The Effect of Trap Design on the Scalability of Trapped-Ion Quantum Technologies.阱设计对囚禁离子量子技术可扩展性的影响。
Entropy (Basel). 2025 May 29;27(6):576. doi: 10.3390/e27060576.
2
Quantum many-body simulations on digital quantum computers: State-of-the-art and future challenges.数字量子计算机上的量子多体模拟:现状与未来挑战。
Nat Commun. 2024 Mar 8;15(1):2123. doi: 10.1038/s41467-024-46402-9.
3
Exploiting chemistry and molecular systems for quantum information science.利用化学和分子系统实现量子信息科学

本文引用的文献

1
Trapped-ion antennae for the transmission of quantum information.囚禁离子天线用于量子信息的传输。
Nature. 2011 Mar 10;471(7337):200-3. doi: 10.1038/nature09800. Epub 2011 Feb 23.
2
Coupled quantized mechanical oscillators.耦合量子机械振荡器。
Nature. 2011 Mar 10;471(7337):196-9. doi: 10.1038/nature09721. Epub 2011 Feb 23.
3
Ultrafast gates for single atomic qubits.超快单原子量子比特门。
Nat Rev Chem. 2020 Sep;4(9):490-504. doi: 10.1038/s41570-020-0200-5. Epub 2020 Jul 7.
4
Mechanical computing.机械计算。
Nature. 2021 Oct;598(7879):39-48. doi: 10.1038/s41586-021-03623-y. Epub 2021 Oct 6.
5
High-fidelity laser-free universal control of trapped ion qubits.高保真度无激光的囚禁离子量子比特通用控制。
Nature. 2021 Sep;597(7875):209-213. doi: 10.1038/s41586-021-03809-4. Epub 2021 Sep 8.
6
Microwaves in Quantum Computing.量子计算中的微波
IEEE J Microw. 2021 Winter;1(1). doi: 10.1109/JMW.2020.3034071.
7
Quantum Logic Spectroscopy with Ions in Thermal Motion.热运动离子的量子逻辑光谱学。
Phys Rev X. 2020;10(2). doi: 10.1103/PhysRevX.10.021012.
8
Stroboscopic approach to trapped-ion quantum information processing with squeezed phonons.利用压缩声子的频闪方法实现囚禁离子量子信息处理
Phys Rev A (Coll Park). 2019;100. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.100.043417.
9
Versatile laser-free trapped-ion entangling gates.通用无激光俘获离子纠缠门。
New J Phys. 2019;21. doi: 10.1088/1367-2630/ab0be5.
10
Quantum amplification of mechanical oscillator motion.量子放大机械振荡器运动。
Science. 2019 Jun 21;364(6446):1163-1165. doi: 10.1126/science.aaw2884.
Phys Rev Lett. 2010 Aug 27;105(9):090502. doi: 10.1103/PhysRevLett.105.090502. Epub 2010 Aug 26.
4
Quantum simulation of frustrated Ising spins with trapped ions.用囚禁离子实现受挫伊辛自旋的量子模拟。
Nature. 2010 Jun 3;465(7298):590-3. doi: 10.1038/nature09071.
5
Microwave control of atomic motion in optical lattices.微波控制光晶格中的原子运动。
Phys Rev Lett. 2009 Dec 4;103(23):233001. doi: 10.1103/PhysRevLett.103.233001. Epub 2009 Dec 3.
6
Optimal surface-electrode trap lattices for quantum simulation with trapped ions.用于囚禁离子量子模拟的最优表面电极阱阵列
Phys Rev Lett. 2009 Jun 12;102(23):233002. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.233002. Epub 2009 Jun 9.
7
Entangled mechanical oscillators.纠缠的机械振荡器。
Nature. 2009 Jun 4;459(7247):683-5. doi: 10.1038/nature08006.
8
Individual addressing of trapped ions and coupling of motional and spin states using RF radiation.利用射频辐射对捕获离子进行单独寻址以及运动和自旋态的耦合。
Phys Rev Lett. 2009 Feb 20;102(7):073004. doi: 10.1103/PhysRevLett.102.073004.
9
Trapped-ion quantum logic gates based on oscillating magnetic fields.基于振荡磁场的囚禁离子量子逻辑门。
Phys Rev Lett. 2008 Aug 29;101(9):090502. doi: 10.1103/PhysRevLett.101.090502.
10
Entangled states of trapped atomic ions.囚禁原子离子的纠缠态。
Nature. 2008 Jun 19;453(7198):1008-15. doi: 10.1038/nature07125.