本申請涉及但不限于量子計算和量子模擬技術(shù)，其中涉及一種離子阱芯片及量子計算和量子模擬裝置。

背景技術(shù)：

1、量子計算機是一種使用量子邏輯進行通用計算的設備。量子計算機的基礎邏輯單元是由遵守量子力學原理的量子比特構(gòu)成，大量相互作用的量子比特可以在物理上實現(xiàn)量子計算機。量子模擬器則是利用量子效應模擬物理模型的設備。量子模擬器可以使用與原始系統(tǒng)相近數(shù)量的粒子直接模擬量子系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)計算機，量子計算機和量子模擬器在解決一些特定問題時可大幅度減少運算時間，在未來的基礎科學研究、量子通訊及密碼學、人工智能、金融市場模擬和氣候變化預測等方面具有廣泛的應用前景，因此受到了廣泛關(guān)注。利用囚禁于勢阱中的離子量子比特陣列可以在已有的實驗條件下實現(xiàn)各種高保真度的量子邏輯門操作；離子量子比特在相互作用控制、長相干時間、高保真度量子邏輯門操作及量子糾錯等衡量量子計算和量子模擬性能的關(guān)鍵指標方面都有非常優(yōu)秀的表現(xiàn)，是最有可能實現(xiàn)量子計算和量子模擬的平臺之一。囚禁離子系統(tǒng)根據(jù)阱的原理可分為保羅阱和彭寧阱。其中，彭寧阱利用軸向的強勻磁場在徑向限制離子，用四極電場在軸向限制離子；然而，囚禁的離子在空間中高速旋轉(zhuǎn)，通過彭寧阱難以對離子進行精確的激光操作和探測，因此在量子計算和量子模擬領域更廣泛采用離子具有固定位置的保羅阱。保羅阱利用射頻電場在徑向束縛離子，利用直流電場在軸向束縛離子，射頻電場和直流電場確定，則離子晶格分布確定?，F(xiàn)階段保羅阱的量子比特數(shù)目大多在一百或幾十個，可實現(xiàn)中等規(guī)模有噪聲的量子計算或量子模擬，為展示真正的量子優(yōu)勢，必須大幅提高可操作的囚禁離子數(shù)目。

2、綜上，如何提升離子阱芯片囚禁的離子晶格的規(guī)模，成為一個有待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、以下是對本申請詳細描述的主題的概述。本概述并非是為了限制權(quán)利要求的保護范圍。

2、本公開實施例提供一種離子阱芯片及量子計算和量子模擬裝置，能夠提升囚禁的離子晶格的規(guī)模。

3、本公開實施例提供了一種離子阱芯片，包括：兩個以上線性表面電極單元和一個以上連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)用于連接相鄰的線性表面電極單元；其中，

4、每一個線性表面電極單元分別由兩條以上射頻電極和分布在射頻電極兩側(cè)的非射頻電極區(qū)組成，線性表面電極單元用于在線性表面電極單元自身平面的上方囚禁離子，非射頻電極區(qū)包括一個以上直流電極；

5、連接結(jié)構(gòu)由兩條以上射頻電極和分布在射頻電極兩側(cè)的非射頻電極區(qū)組成，包含的射頻電極和非射頻電極區(qū)的數(shù)量和排列分布與線性表面電極單元相同，其中，相同排列分布的連接結(jié)構(gòu)的射頻電極與線性表面電極單元的射頻電極相連，連接結(jié)構(gòu)的非射頻電極區(qū)與線性表面電極單元位于射頻電極兩側(cè)的非射頻電極區(qū)采用相同排列分布排列在連接結(jié)構(gòu)的射頻電極兩側(cè)，連接結(jié)構(gòu)具備囚禁離子的能力，連接結(jié)構(gòu)平面上方囚禁的離子與線性表面電極單元平面上方囚禁的離子形成完整離子晶格，共享聲子模式，用于進行量子信息傳遞。

6、在一種示例性實例中，所述非射頻電極區(qū)還包括一個以上接地電極。

7、在一種示例性實例中，連接相鄰的所述線性表面電極單元的連接結(jié)構(gòu)個數(shù)為一個。

8、在一種示例性實例中，所述線性表面電極單元和所述連接結(jié)構(gòu)的軸線上均設置有貫穿基底、用于通光的凹槽。

9、在一種示例性實例中，所述連接結(jié)構(gòu)為半圓環(huán)結(jié)構(gòu)。

10、在一種示例性實例中，所述兩個以上線性表面電極單元按照相同方向排布。

11、在一種示例性實例中，所述兩個以上線性表面電極單元按照相同方向排布時，相鄰的兩個以上線性表面電極單元靠近彼此一側(cè)的部分，位于表面電極單元外側(cè)的非射頻電極區(qū)中的直流電極共用。

12、在一種示例性實例中，所述連接結(jié)構(gòu)為四分之一圓環(huán)結(jié)構(gòu)。

13、在一種示例性實例中，所述凹槽的寬度等于預設數(shù)值倍囚禁所述離子晶格的寬度。

14、在一種示例性實例中，所述凹槽的寬度大于或等于10微米。

15、在一種示例性實例中，相鄰的線性表面電極單元通過半圓環(huán)的連接結(jié)構(gòu)連接時，相鄰的兩個線性表面電極單元的中心線的間距大于或等于50微米。

16、還一方面，本公開實施例還提供一種量子計算和量子模擬裝置，包括上述的離子阱芯片。

17、本公開實施例離子阱芯片通過連接結(jié)構(gòu)連接兩個以上線性表面電極單元，連接結(jié)構(gòu)上方囚禁的離子與線性表面電極單元上方囚禁的離子共享聲子模式、用于進行量子信息傳遞，通過連接結(jié)構(gòu)連接多個線性表面電極單元實現(xiàn)了離子阱芯片的擴展，降低了單個線性表面電極單元囚禁的離子晶格的寬度，增加了離子晶格穩(wěn)定性，同時延伸離子晶格長度，提升了離子阱芯片囚禁的離子晶格的規(guī)模，為實現(xiàn)大規(guī)模量子計算和量子模擬提供技術(shù)支持。

18、本申請的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本申請而了解。本申請的其他優(yōu)點可通過在說明書以及附圖中所描述的方案來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種離子阱芯片，其特征在于，包括：兩個以上線性表面電極單元和一個以上連接結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)用于連接相鄰的線性表面電極單元；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子阱芯片，其特征在于，所述非射頻電極區(qū)還包括一個以上接地電極。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子阱芯片，其特征在于，連接相鄰的所述線性表面電極單元的連接結(jié)構(gòu)個數(shù)為一個。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子阱芯片，其特征在于，所述線性表面電極單元和所述連接結(jié)構(gòu)的軸線上均設置有貫穿基底、用于通光的凹槽。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的離子阱芯片，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)為半圓環(huán)結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的離子阱芯片，其特征在于，所述兩個以上線性表面電極單元按照相同方向排布。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子阱芯片，其特征在于，所述兩個以上線性表面電極單元按照相同方向排布時，相鄰的兩個以上線性表面電極單元靠近彼此一側(cè)的部分，位于線性表面電極單元外側(cè)的非射頻電極區(qū)中的直流電極共用。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的離子阱芯片，其特征在于，所述連接結(jié)構(gòu)為四分之一圓環(huán)結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離子阱芯片，其特征在于，所述凹槽的寬度等于預設數(shù)值倍囚禁所述離子晶格的寬度。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的離子阱芯片，其特征在于，所述凹槽的寬度大于或等于10微米。

11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子阱芯片，其特征在于，相鄰的所述線性表面電極單元通過半圓環(huán)的連接結(jié)構(gòu)連接時，相鄰的兩個所述線性表面電極單元的中心線的間距大于或等于50微米。

12.一種量子計算和量子模擬裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至11任一項所述的離子阱芯片。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開一種離子阱芯片及量子計算和量子模擬裝置，本公開實施例離子阱芯片通過連接結(jié)構(gòu)連接兩個以上線性表面電極單元，連接結(jié)構(gòu)上方囚禁的離子與線性表面電極單元上方囚禁的離子共享聲子模式、用于進行量子信息傳遞，通過連接結(jié)構(gòu)連接多個線性表面電極單元實現(xiàn)了離子阱芯片的擴展，降低了單個線性表面電極單元囚禁的離子晶格的寬度，增加了離子晶格穩(wěn)定性，同時延伸離子晶格長度，提升了離子阱芯片囚禁的離子晶格的規(guī)模，為實現(xiàn)大規(guī)模量子計算和量子模擬提供技術(shù)支持。

技術(shù)研發(fā)人員：段路明,姜越
受保護的技術(shù)使用者：清華大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15