微阱中囚禁离子的量子相干调控

囚禁离子被认为是最有希望实现量子计算的物理系统之一，关于这一系统的研究诞生了一系列量子信息科学领域中里程碑式的成果，如十四离子纠缠态的获得。通常，人们主要研究单个阱中多个囚禁离子的量子调控（如十四离子纠缠），而对不同阱中离子之间的量子操纵研究相对较少。目前的微加工技术已经能够把单个阱的尺寸做到微米量级以下，因而囚禁在不同势阱中的离子间距可以非常的小（如40μm），从而离子之间的库仑耦合起着重要作用（耦合强度达10KHz）。 基于NIST和Innsbruck的最新报道[Nature 471, 196 (2011); Nature 471, 200 (2011)]，利用这种直接的库仑耦合，我们将研究如何对这些囚禁于不同微阱中的离子进行相干量子操纵：有效的动力学解耦，基本量子逻辑门的高保真度实现等。在此基础上，我们将研究如何利用这种硬件（集成化的离子阱）上的可扩展性来实现大规模量子计算。

基于NIST和Innsbruck的最新实验 [Nature 471, 196 (2011); Nature 471, 200 (2011)], 本项目研究了囚禁离子的可扩展量子计算问题. 提出了利用激光操作来实现囚禁在不同微阱中离子之间的可开关耦合, 把NIST和Innsbruck的双离子阱模型扩展到多离子阱结构, 并给出了任意两个离子量子逻辑门的实现方案. 主要研究成果发表在 [Chinese Physics Letters, 29 080301(2012)]上, 达到了项目预期的目标. 论文以项目主持人为第一作者, 并标注了本基金的资助.