﹙을 사용 하 여 이온을 트래핑에 대 한 실험 방법 표면 이온 트랩

이 절차의 전반적인 목표는 미세 가공 칩을 포함하는 이테르븀 이온을 포획하기 위한 실험 설정을 준비하고 시연하는 것입니다. 이온 트랩 기술은 양자 정보 처리의 물리적 구현을 위한 주요 후보 중 하나로 간주되어 왔습니다. 이 절차는 트랩된 칩을 미세 제작하기 위한 세부 프로토콜과 미세 제작된 트랩 칩을 사용하여 이온을 트랩하기 위한 실험 설정을 구성하기 위한 자세한 프로토콜을 제공합니다.

마이크로 제조 기술로 개발된 이온 트랩 시스템은 양자 정보 처리 및 양자 컴퓨팅에 큰 잠재력을 제공합니다. 그리고 여기에 제시된 프로토콜은 제조 과정과 이온 트랩 실험 설정을 안내합니다. 이 방법의 시각적 시연은 레이저, 이미징 시스템, 진공 챔버, 전자 장치 및 미세 가공과 같은 다양한 구성 요소의 오케스트레이션이 필요하기 때문에 매우 중요합니다.

실험을 수행하려면 먼저 표면 이온 트랩 칩을 제작해야 합니다. 이것은 이 데모에서 사용되는 캐리어에 장착된 칩의 예입니다. 칩의 특징은 이 회로도에 표시되며, 중성 원자가 도입되는 로딩 슬롯이 있습니다.

로딩 슬롯의 양쪽에는 슬롯에 수직인 방향으로 이온을 가두기 위한 무선 주파수 전극이 있습니다. 외부 전극의 DC 전압은 이 슬롯을 따라 이온을 제한했습니다. 내부 전극의 DC 전압은 전체 전위의 주축을 기울이는 데 도움이 됩니다.

실험을 위해 포장된 칩을 초고진공 챔버에 장착합니다. 이 경우 칩은 구형 팔각형 챔버의 중앙에 있습니다. 초고진공 시스템의 요소는 이 개략도에 나와 있습니다.

이온 펌프와 비증발 게터는 3 x 10에서 11 Torr 미만의 압력을 달성할 수 있습니다. 구형 팔각형에는 이테르븀 원자로 뭉친 오븐이 포함되어 있습니다. 구형 팔각형은 최종 광학 설정의 이 회로도의 중심에 표시됩니다.

마이크로 가공 칩은 팔각형의 중앙에 있습니다. 피드 스루를 통해 팔각형 오븐의 칩 전극에 전기적으로 연결할 수 있습니다. 광학 요소는 3개의 다이오드 레이저가 트래핑 위치에서 겹치는 빔을 생성하도록 배열됩니다.

구형 팔각형의 오목한 view port는 이미징 렌즈가 칩 표면에 가까이 있을 수 있도록 합니다. 전자 증식 CCD 카메라로 칩 표면을 이미지화합니다. 다중 채널 케이블을 디지털-아날로그 변환기에 연결합니다.

다중 채널 케이블의 다른 쪽 끝을 구형 팔각형의 피드 스루에 연결합니다. 또한 나선형 공진기에 대한 연결을 통해 적절한 피드를 만듭니다. 다음으로, 공진기, 스펙트럼 분석기 및 방향성 커플러로 작업합니다.

RF 발생기의 출력을 방향성 커플러의 출력에 연결합니다. 그런 다음 공진기의 입력을 방향성 커플러의 입력 포트에 연결합니다. 순방향 결합 포트를 스펙트럼 분석기의 RF 입력에 연결합니다.

50옴 저항으로 역 결합 포트를 종단합니다. 이제 헬리컬 공진기 캡을 조정할 준비를 합니다. 헬리컬 공진기 캡의 위치를 설정한 다음 발전기의 주파수를 스캔하여 반사가 최소인 주파수를 식별합니다.

캡 위치를 조정하여 공진기를 계속 조정하십시오. 한편, 주파수 스캔을 모니터링하여 반사 전력의 글로벌 최소값의 주파수를 찾습니다. 전역 최소값을 찾으면 공진기 캡의 위치를 잠급니다.

계속하기 전에 RF 발생기를 끄십시오. 계속하려면 안전을 위해 모든 레이저를 제자리에 고정하고 안정화 및 차단하십시오. 369.5 나노미터 레이저의 차단을 해제하고 빔을 시준합니다.

빔은 트랩된 칩을 향해 전파되어야 합니다. 빔을 칩과 평행하게 정렬하고 표면에 거의 닿도록 정렬합니다. 빔 진입점 맞은편에 있는 빔 카드를 사용하여 스폿 주위의 정렬을 테스트하면 빔이 표면에서 반사되지 않음을 나타냅니다.

다음으로, translation stage에 focusing lens를 장착합니다. 칩 표면과 평행하게 트래핑 전위 근처에 빔의 초점을 맞추도록 렌즈를 배치합니다. 이미징 광학 장치로 작업을 계속합니다.

translation stage에 장착된 high numerical aperture imaging lens를 선택하십시오. 이것을 초고진공 챔버 오목한 창 앞에 놓습니다. 이것은 이미징 렌즈가 제자리에 있는 설정의 개략도입니다.

다음으로, 레이저 빔을 정렬하여 칩 표면에서 약간의 산란이 있도록 합니다. 이전과 같이 빔 카드를 사용하여 빔이 부분적으로 차단되었는지 확인합니다. 계속해서 beam card를 이미징 렌즈의 image plane 근처에 놓습니다.

translation stage를 사용하여 이미징 렌즈의 위치를 조정합니다. 새 위치는 산란된 빛이 빔 카드에 선명한 이미지를 생성할 수 있도록 해야 합니다. 이제 electron multiing CCD를 렌즈의 이미징 플레인에 있는 translation stage에 놓습니다.

CCD 앞에 대역 통과 필터를 배치하여 배경 조명을 차단합니다. 전극은 CCD와 렌즈 설정을 사용하여 볼 수 있어야 합니다. 다음으로, 트랩 전위를 통과하도록 빔을 수직으로 정렬합니다.

그런 다음 빔을 모니터링하고 트랩 표면으로 이동합니다. 최대 빔 산란을 가정하면 빔 중심이 칩 표면에 있음을 의미합니다. 이제 lens translation stage를 사용하여 빔을 트래핑 전위의 예상 높이로 이동합니다.

이러한 조정 후, 이미징 렌즈와 CCD의 translation stage를 같은 거리만큼 뒤로 이동하고 위치를 기록해 둡니다. 이것은 이 시점에서 시스템의 개략도입니다. 빔이 예상 트랩 위치를 통과합니다.

다른 두 레이저의 차단을 해제한 후 계속하고 정렬을 시작합니다. CCD 앞의 대역통과 필터를 399나노미터 대역통과 필터로 교체합니다. 그런 다음 이미징 렌즈와 CCD 위치를 조정하여 전극이 CCD에 초점을 맞춥니다.

시준된 399 나노미터 빔을 정렬하여 진공 챔버로 들어가 369.5 나노미터 빔과 반대 방향으로 전파하고 겹칩니다. 거울과 이색성 거울을 도입하여 두 빔을 결합하여 챔버에서 함께 전파되도록 합니다. 테스트를 위해 챔버 앞의 빔 경로에 임시로 미러를 추가하고 빔 프로파일러와 빔이 겹치는지 확인합니다.

dichroic mirrors와 temporary mirrors 사이의 beam path에 있는 translation stage에 focusing lens를 도입합니다. 빔 프로파일러를 사용하여 두 빔의 초점을 확인합니다. 이 경우 두 개의 레이저가 동일한 지점에 초점을 맞추어야 하는 것과 같지 않습니다.

마지막으로 935나노미터 레이저를 정렬하여 레이저를 일치시킵니다. 이 작업이 완료되면 임시 미러를 제거하고 CCD에서 399나노미터 빔을 관찰할 수 있는지 확인합니다. 빔을 예상되는 트랩 위치에 수직으로 정렬한 다음 빔을 칩 쪽으로 이동합니다.

CCD 이미지를 모니터링하고 빔이 칩 표면의 중앙에 오도록 산란광의 최대 강도를 연결합니다. 그런 다음 표면에서 트랩의 예상 위치로 빔을 이동합니다. 이미징 렌즈와 CCD를 같은 거리로 뒤로 움직여 이를 따릅니다.

그런 다음 399 나노미터 레이저를 적절한 이테르븀 174 전이에 가깝게 설정합니다. 이테르븀이 있는 오븐이 켜지고 전류가 증가할 때 CCD 이미지를 모니터링합니다. 이테르븀 공명을 통해 레이저를 스윕하면서 이 작업을 수행하여 형광을 관찰하여 증발의 시작을 식별합니다.

형광 직전의 현재 값을 기록하고 오븐을 끕니다. 이온 포획을 위한 최종 준비를 합니다. CCD에서 대역통과 필터로 돌아가서 369.5 나노미터 대역통과 필터로 교체합니다.

또한 368.5 나노미터 초점에 대한 CCD 및 이미징 렌즈 위치를 조정합니다. 전극을 제어하는 디지털-아날로그 변환기의 전압을 설정합니다. 그런 다음 헬리컬 공진기에 연결된 RF 발생기로 이동합니다.

매우 낮은 전력 설정에서 발전기를 켜고 점차적으로 출력 전력을 높이십시오. 레이저 제어 컴퓨터에서 레이저 주파수와 오븐 전류원을 적절한 값으로 설정합니다. 몇 분 후 935 나노미터 레이저를 1-2초 동안 잠시 차단하여 트래핑 테스트를 시작합니다.

CCD로 트랩을 봅니다. 이온이 갇히면 산란 속도가 크게 떨어지고 이미지에 눈에 띄게 영향을 미칩니다. 레이저를 몇 번 차단하여 차단이 이미지 변화와 상관관계가 있는지 확인합니다.

이온이 갇히면 오븐을 끕니다. 이 전자 증식 CCD 이미지의 합성물은 마이크로 제작된 이온 트랩 칩에 갇힌 5개의 이테르븀 174 1+이온의 위치를 제안합니다. 트랩 된 이온의 수는 적용된 DC 전압을 변경하여 변경할 수 있습니다.

트랩된 이온에 대한 이 비디오에서 이온은 트랩의 DC 전압을 변화시켜 조작되고 있습니다. 표면 이온 트랩을 제작하고 이테르븀 174 동위원소 이온을 포획하기 위한 프로토콜이 이 비디오에 제시되었습니다. 이 절차는 동위원소 171의 이테르븀 이온을 가두고 입방 단계를 조작하도록 쉽게 확장되어 궁극적으로 양자 정보 처리 및 양자 컴퓨팅으로 이동할 수 있습니다.