量子計算機是一種可以實現量子計算的機器,它通過量子力學規律以實現數學和邏輯運算,處理和儲存信息。它以量子態為記憶單元和信息儲存形式,以量子動力學演化為信息傳遞與加工基礎的量子通訊與量子計算,在量子計算機中其硬件的各種元件的尺寸達到原子或分子的量級。量子計算機是一個物理系統,它能存儲和處理用量子比特表示的信息。
事實上,當“量子計算”這一概念被提出之后,科學家們就前赴后繼,為了在物理上和工程上實現它而努力。迄今為止,科學家們提出過的量子計算機的實現形式有很多種,最終大浪淘沙,現今主流的實現量子計算的三種方式是超導電路、半導體量子芯片和離子阱,這其中離子阱量子計算由于具有單量子比特門、雙量子比特門保真度高、相干時間較長、狀態制備和讀出更直接和量子比特可重復性高的特點,成為目前熱門的量子計算技術。
離子如何被捕獲,又如何被控制呢?離子是單個帶電荷的原子,通過控制電荷來控制電場和磁場、熱離子加激光、激光冷卻后,離子的速度就可以變得很低,最后用光再測量。
由于離子是極小的目標,因此發光非常微弱,離子狀態的確定需要準確、快速,而且最好能擴展到許多離子。傳統的方法需要使用電子倍增探測器(EMCCD)進行觀測。然而EMCCD的價格比較昂貴,且貨期具有非常大的不確定性。
最近Photonis新推出了INocturn系列新一代像增強器相機,相較于EMCCD,INocturn具有如下顯著優點。
靈敏度高:單離子成像最短曝光之間可低至16us,以更小的時間單位得到泊松分布情況
讀出速度快: 通過ROI,上限可至50K fps
體積小重量輕:37 x 37 x 85 mm,170g,更易于集成在量子計算機中
性價比高:卓越的價格優勢,可助力量子計算機的規模化應用
貨期保證:1-2個月的貨期,且沒有任何出口限制
實驗系統
近期我們在中國科學技術大學對INocturn系列像增強相機做了單離子成像測試,在各種不同工作模式下做了多組測試,獲得了用戶的認可,此款像增強相機可以作為離子阱探測的一種新的選擇。
實驗記錄:
測試對象:Be+離子, 313nm點光源光信號
實驗相機:INocturn HI-QE Blue像增強相機
1.連續模式拍照測試
2.點光源單次成像測試
測試過程:設置固定積分時間,讓相機在兩種不同條件下進行連續拍照,以表征在短曝光時間的情形下,相機對信號的讀出可靠性。
a.有一個發光的點光源信號
b.沒有點光源信號,有雜散光(等同于點光源不發光的情形)
參數:
積分時間 0.056ms
拍照數量 100
使用軟件處理拍下來的照片,其中有信號的照片100張,沒有信號的100張 通過圖像處理找到點光源位置,以此為中心設置合適的ROI
對ROI內像素進行求和處理得到計數,畫出在三種情況下計數分布直方圖
綠色:無雜散光,純暗記數(取照片上雜散光照不到的區域)
藍色:沒有點光源信號,雜散光引起的一些計數
橙色:點光源信號
亮度分辨直方圖:
可見當設置threshold為25時,可以以較高幾率正確區分信號亮態和暗態
延長積分時間,重復試驗
積分時間 0.300ms
拍照數量 100
追蹤點光源位置(100張平均)
亮度分辨直方圖:
以上實驗數據來源:中國科學技術大學物理學院近代物理系量子信息實驗室。
審核編輯 黃宇
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