一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法

本发明属于量子计算，具体涉及一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，适用于量子计算中构成囚禁多种原子的磁光阱。

背景技术：

1、在以中性原子作为基础构建的量子计算机系统中，对于量子逻辑而言，不同功能的原子会互相之间产生影响，从而导致数据信息的破坏和丢失，这种情况是由于，当光子由于测量重新发射或辅助原子的协同冷却过程中被数据原子吸收时，数据原子会发生退相干，尤其是当不同功能的原子是同种原子的时候。因此，多种中性原子阵列对于实现通过rydberg相互作用（里德堡原子多体相互作用）提出的一些方案以实现无损冷却、低交叉谈的非破坏性状态测量、以及表面编码用于量子错误校正至关重要。当不同种原子之间的光子能量差异较大时，对其他原子的影响就会降低，可以使用双种离子，将一种作为数据离子，另一种作为辅助离子。此外，不同种原子的显著不同的共振频率允许在低交叉谈的原子阵列中进行单个寻址，同样不同种的原子可以担任不同种的功能，如数据比特使用87rb原子，测量读出比特使用133cs原子，错误校正比特使用85rb原子，这样就可以进一步推动高保真量子逻辑在中性原子平台上的实现。其中实现该目标的关键技术在于多种原子的磁光阱（mot）的构建。

2、磁光阱是激光冷却和捕获原子的主要技术之一。在目前已有的大多数磁光阱系统采用三对（共六个）方向正交的冷却光和一对反亥母霍兹线圈构成。如果需要构建多种原子的磁光阱，目前该领域中现有的方案有：

3、1、将用于不同种原子冷却的激光合束后，通过三对冷却光方向进行冷却；

4、2、不同种原子冷却的激光不进行合束，需要囚禁n种原子，就通过3n对冷却光方向进行冷却。

5、然而在现有的技术方案中，都存在缺陷：

6、1、如果使用上述方案1会由于激光器波长差的原因，造成不同种原子团之间无法重合，在位置上存在偏移，而这种偏移会随着原子对应的冷却光的激光的波长差的增大而增加，而我们使用光镊捕获原子的过程需要在同一个区域内进行装载，这样的位置上的偏移就会导致无法有效地捕获原子，更无法进行后续的量子操作。

7、2、如果使用方案2，则会导致真空腔的进光口减少，并且极大地增加系统的负担，并且由于真空腔体积的有限，能囚禁的原子种类将会被大大限制，同时用于量子态操作的光也将会被大幅度削减，限制后续研究的开展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法。

2、本发明的上述目的通过以下技术手段来实现：

3、一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，包括以下步骤：

4、步骤1、根据多种原子的冷却光生成多束独立冷却光和多束共用冷却光，每个原子与其中一束独立冷却光和其中一束共用冷却光对应，多种原子对应的共用冷却光合束形成多原子共用合束光，当原子的冷却光互相之间的波长差小于3nm时，波长差小于3nm的原子共用一束独立冷却光；

5、步骤2、构建磁光阱，磁光阱包括一对平行的反亥姆霍兹线圈、两组共用入射冷却光、以及多组独立入射冷却光，多原子共用合束光分束后作为两组共用入射冷却光，独立冷却光分束后作为对应组的独立入射冷却光。

6、如上所述步骤1具体包括以下过程：

7、当原子的冷却光互相之间的波长差小于3nm时，将波长差小于3nm的原子的冷却光合束，再将合束的冷却光分束为独立冷却光和共用冷却光，将其他原子的冷却光分束为独立冷却光和共用冷却光，所有的共用冷却光合束为多原子共用合束光；

8、当原子的冷却光互相之间的波长差大于等于3nm时，将各个原子对应的冷却光分别进行分束，获得各原子对应的独立冷却光和共用冷却光，将各原子对应的共用冷却光合束为多原子共用合束光。

9、如上所述步骤2中磁光阱的一对平行的反亥姆霍兹线圈通过以下方式构建：

10、两个反亥姆霍兹线圈中接入方向相反、大小相等的电流，囚禁的所有原子均设置在两个反亥姆霍兹线圈之间形成的囚禁区域的中心。

11、如上所述步骤2中磁光阱的两组共用入射冷却光通过以下方式构建：

12、每组共用入射冷却光包括位于同一入射直线上的两个方向相对的共用入射冷却光，每组共用入射冷却光的两个共用入射冷却光自两个反亥姆霍兹线圈之间的囚禁区域入射，两组共用入射冷却光的入射直线相互垂直相交，且垂直相交点为两个反亥姆霍兹线圈之间形成的囚禁区域的中心，两组共用入射冷却光的入射直线所在的平面垂直于反亥姆霍兹线圈所在平面；

13、将多原子共用合束光分束为四束，其中两束作为一组共用入射冷却光的两个共用入射冷却光，另外两束作为另一组共用入射冷却光的两个共用入射冷却光。

14、如上所述步骤2中磁光阱的多组独立入射冷却光通过以下方式构建：

15、每组独立入射冷却光包括位于同一入射直线上的两个方向相对的独立入射冷却光，每组独立入射冷却光的两个独立入射冷却光自两个反亥姆霍兹线圈之间的囚禁区域入射，所有组独立入射冷却光的入射直线均相交于两个反亥姆霍兹线圈之间形成的囚禁区域的中心，所有组独立入射冷却光的入射直线均在一个平面上，所有组独立入射冷却光的入射直线所在的平面平行于反亥姆霍兹线圈所在平面；

16、将每个独立冷却光分束为两束，分别作为对应组独立入射冷却光的两个独立入射冷却光；

17、不同组独立入射冷却光的入射直线之间的最小锐角夹角随着不同组独立入射冷却光之间的波长差的增加而增加。

18、不同组独立入射冷却光的波长差每增加10nm，则对应的不同组独立入射冷却光的入射直线之间的锐角夹角最小增大0.8°。

19、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

20、本发明囚禁n种原子时磁光阱中最多增加n个每组独立入射冷却光；本发明的磁光阱中不再局限于构建三对方向正交的冷却光，而是将多原子共用合束光分束为入射直线互相垂直相交的两组共用入射冷却光，然后根据不同组独立入射冷却光的波长差来设定对应的不同组独立入射冷却光的入射直线之间的最小锐角夹角，从而可以做到对不同种原子团的位置的灵活调控，消除了由波长差带来的原子团之间偏移的影响，避免波长差带来的原子团之间的位置不重合，同时可以做到最高效的使用光路系统的空间，在同样的空间下可以做到三倍的原子团的原位囚禁。

技术特征：

1.一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下过程：

3.根据权利要求2所述一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，其特征在于，所述步骤2中磁光阱的一对平行的反亥姆霍兹线圈通过以下方式构建：

4.根据权利要求2所述一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，其特征在于，所述步骤2中磁光阱的两组共用入射冷却光通过以下方式构建：

5.根据权利要求2所述一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，其特征在于，所述步骤2中磁光阱的多组独立入射冷却光通过以下方式构建：

6.根据权利要求5所述一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，其特征在于，不同组独立入射冷却光的波长差每增加10nm，则对应的不同组独立入射冷却光的入射直线之间的锐角夹角最小增大0.8°。

技术总结本发明公开了一种增加一对冷却光方向在原位多囚禁一种原子的方法，本发明囚禁n种原子时磁光阱中最多增加n个每组独立入射冷却光；本发明的磁光阱中不再局限于构建三对方向正交的冷却光，而是将多原子共用合束光分束为入射直线互相垂直相交的两组共用入射冷却光，然后根据不同组独立入射冷却光的波长差来设定对应的不同组独立入射冷却光的入射直线之间的最小锐角夹角，这样可以做到对不同种原子团的位置的灵活调控，消除了由波长差带来的原子团之间偏移的影响，避免波长差带来的原子团之间的位置不重合，同时可以做到最高效的使用光路系统的空间，在同样的空间下可以做到三倍的原子团的原位囚禁。技术研发人员：魏明睿,王坤鹏,庄军,王鹏翔,何晓东,许鹏,王谨,詹明生受保护的技术使用者：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/18