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科研进展:启科量子发布离子阱低温真空系统

发布时间:2022-11-16来源:启科量子

近日,启科量子正式发布工程化离子阱低温真空系统<Aba|Qu|Cryovac>(以下简称“<Aba|Qu|Cryovac>”),这是启科量子今年第三次发布其在离子阱量子计算工程化方面的重要进展。本系统是为分布式离子阱量子计算机量身打造的一体化工作环境系统,它整合了超高真空、超低温以及光学平台,具有体积更紧凑、结构更简单、操作更便捷等优势。

离子阱对工作环境有多重要求。首先,必须为离子阱提供一个高真空液氦温度环境;其次,必须为离子阱减小空间电磁噪声的影响;最后,必须为离子阱提供必要的激光入射通道、光子收集通道和电信号输入输出通道。

离子阱工作环境系统是离子阱量子计算的“基础设施”,其性能的优劣直接影响量子计算机的离子囚禁稳定性、量子比特数量、量子逻辑门保真度等重要指标。目前低温真空系统虽然已经在各高等院校及科研机构得到应用,但大多数都没有进行合理的工程化设计。它不仅体积庞大、系统复杂、使用及维护难度大,同时系统在工作中还会产生振动,解决这些问题对科研人员来说是一个巨大的挑战。

 

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图一:国外某离子阱研发团队研制的低温真空系统

 

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图二:<Aba|Qu|Cryovac>外观图

 

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图三:<Aba|Qu|Cryovac>样品真空腔模块

 

启科研发的<Aba|Qu|Cryovac>系统,最大特点是将低温、真空、电气、光学四大核心要素进行了有机整合,主要体现在以下三个方面: 

1 超高真空腔体的模块化设计:按照光学段、电气段、减振耦合段、真空获取段和低温段进行功能划分,便于腔内器件的安装和维护;

2 超低温制冷系统的倒安装设计:首先采用封闭循环超低温制冷设备为系统提供低至4K的超低温冷源,然后将超低温制冷系统倒置安装于光学平台下方,从而使光学平台上方的空间释放出来。研发人员可直接在光学平台上进行离子阱光学系统搭建,为科研实验的开展提供了便利;

3 防振减振系统的无悬挂设计:通过数值仿真技术对超低温制冷系统导致的振动进行了数值计算,设置多级柔性隔振结构和振动吸收部件,将离子阱振动幅度降低至纳米量级,从而提高囚禁离子的稳定性、降低离子加热率。相比传统的气体耦合减振方案,<Aba|Qu|Cryovac>无需为低温制冷机设置独立的悬挂结构,一方面使系统安装维护更加方便,另一方面使得离子阱量子计算机整体结构更加紧凑。

此外,<Aba|Qu|Cryovac>还集成了启科量子自主研发的超低温离子阱模块<Aba|Qu|Cryoct>、微型螺旋谐振器、低温DC滤波组件等工程化部件,并通过合理的腔内走线和电气接口设计,使得本系统整体可靠性更高、安装调试更方便。用户只需要拆开光学台上方的光学段和电气段真空腔体即可进行离子阱安装。

<Aba|Qu|Cryovac>除了应用于离子阱相关领域,还能应用于光谱学、原子物理等其他尖端科研领域。此外,它还可以根据客户的需求,提供真空腔体及内部样品腔的定制开发服务,满足不同应用场景的特殊需求。

<Aba|Qu|Cryovac>的成功研制,标志着启科量子分布式量子计算工程机的开发进入了2.0新阶段。相比1.0的模块化,2.0 更加突出了集成化,它不仅为后续光学系统和测控系统的集成提供了结构框架,还为未来的分布式离子阱计算单元设计奠定了基础。据悉<Aba|Qu|Cryovac>系统将以优惠价格向国内外科研机构、大专院校发售,大大加快离子阱量子计算的普及度。