Experimentele methoden voor het overlappen van ionen met Microfabricated oppervlak Ion Traps

Het algemene doel van deze procedure is om een experimentele opstelling voor te bereiden en te demonstreren voor het vangen van ytterbium-ionen die een micro-gefabriceerde chip omvat. Ion trap-technologie wordt beschouwd als een van de toonaangevende kandidaten voor fysische implementatie van quantum informatieverwerking. Deze procedure biedt de gedetailleerde protocollen voor het micro-fabriceren van een gevangen chip en voor het bouwen van een experimentele opstelling om ionen te vangen, met behulp van de micro-gefabriceerde trapchip.

Ion trap-systemen die zijn ontwikkeld door de micro-fabricatietechnologie, bieden een groot potentieel voor quantum informatieverwerking en quantum computing. En de protocollen die hier worden gepresenteerd, zullen leiden door het fabricageproces en het opzetten van ion trap-experimenten. Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat het orkestratie van verschillende componenten vereist, zoals lasers, beeldvormingssystemen, een vacuümkamer, elektronica en micro-fabricage.

Om het experiment uit te voeren, moet men eerst de oppervlakte ion trap-chip fabriceren. Dit is een voorbeeld van een chip gemonteerd in een drager die in deze demonstratie wordt gebruikt. De kenmerken van de chip worden weergegeven in dit schema, er is een laadgleuf waardoor neutrale atomen worden geïntroduceerd.

Aan weerszijden van de laadgleuf zijn radiofrequente elektroden om ionen te beperken in richtingen loodrecht op de gleuf. DC-spanningen op de buitenste elektroden beperken ionen langs deze gleuf. DC-spanningen op de binnenste elektroden helpen de hoofdas van het totale potentiaal te kantelen.

Voor het experiment, monteer de verpakte chip in een ultra hoge vacuümkamer. In dit geval bevindt de chip zich in het centrum van een sferische achthoekkamer. De elementen van het ultra hoge vacuümsysteem worden weergegeven in dit schematische overzicht.

De ion pomp en niet-evaporatieve getter kunnen drukken bereiken onder de 3 x 10 tot de 11e Torr. De sferische achthoek bevat een oven gevuld met ytterbium-atomen. De sferische achthoek wordt weergegeven in het centrum van dit schema van de uiteindelijke optische opstelling.

De micro-gefabriceerde chip bevindt zich in het centrum van de achthoek. Feed-throughs laten elektrische verbindingen toe naar de chipelektroden in de oven van de achthoek. De optische elementen zijn zo gerangschikt dat drie diodelasers bundels produceren die overlappen op de vangbevestiging.

Een ingezonken uitkijkpoort in de sferische achthoek, laat een beeldvormingslens dicht bij het oppervlak van de chip komen. Beeld de oppervlakte van de chip af met een elektronen vermenigvuldigende CCD-camera. Verbind multi-kanaals kabels met een digitaal naar analoog converter.

Verbind het andere uiteinde van de multi-kanaals kabels met de feed-throughs van de sferische achthoek. Maak bovendien de juiste doorvoerverbindingen naar een spiraalvormige resonator. Werk vervolgens met de resonator, een spectrumanalyser en een directionele koppeling.

Verbind de uitgang van de RF-generator met de uitgang van de directionele koppeling. Verbind vervolgens de ingang van de resonator met de ingangspoort van de directionele koppeling. Verbind de voorwaarts gekoppelde poort met de RF-invoer van de spectrumanalyser.

Beëindig de achterwaarts gekoppelde poort met een 50 ohm weerstand. Bereid nu voor om de spiraalvormige resonatordop aan te passen. Stel de positie van de spiraalvormige resonatordop in en scan de frequenties van de generator om de frequentie te identificeren waarbij de reflectie minimaal is.

Ga door met het afstemmen van de resonator door de doppositie aan te passen. Controleer ondertussen de frequentiescan om de frequentie van het globaal minimum van gereflecteerd vermogen te vinden. Bij het vinden van het globaal minimum, vergrendel de positie van de resonatordop.

Schakel de RF-generator uit voordat u doorgaat. Om door te gaan, moeten alle lasers op hun plaats staan, gestabiliseerd en voor de veiligheid geblokkeerd. Deblokkeer de 369.5 nanometer laser en stel de bundel collimatie in.

De bundel moet zich naar de gevangen chip voortplanten. Lijn de bundel parallel uit aan de chip en raak deze bijna aan. Gebruik een bundelkaart, tegenover het punt van bundelinvoer, om de uitlijning te testen, rond spot, geeft aan dat de bundel niet van een oppervlak reflecteert.

Monteer vervolgens een focuslens op een translatietafel. Plaats de lens zodat de bundel in de buurt van het vangbepaald potentieel wordt gefocust, nog steeds parallel aan het chipoppervlak. Ga door met werken met de beeldvormende optiek.

Kies een beeldvormende lens met een hoge numerieke apertuur gemonteerd op een translatietafel. Plaats deze voor de verzonken raam van de ultra hoge vacuümkamers. Dit is een schematische weergave van de opstelling met de beeldvormende lens op zijn plaats.

Lijn vervolgens de laserbundel uit, zodat er enige verstrooiing vanaf het chipoppervlak is. Gebruik een bundelkaart zoals eerder om te verifiëren dat de bundel gedeeltelijk geblokkeerd is. Ga door met het plaatsen van de bundelkaart in de buurt van het beeldvlak van de beeldvormende lens.

Stel de positie van de beeldvormende lens in met een translatietafel. De nieuwe positie moet het verstrooide licht toelaten om een scherp beeld op de bundelkaart te produceren. Plaats nu een elektronen vermenigvuldigende CCD op de translatietafel in het beeldvlak van de lens.

Plaats voor de CCD een bandpassfilter om achtergrondlicht te blokkeren. De elektroden zouden zichtbaar moeten zijn, met behulp van de CCD en lensopstelling. Lijn vervolgens de bundel verticaal uit, zodat deze door het vangbepaalde potentieel gaat.

Bewaak vervolgens de bundel en beweeg deze richting het oppervlak van de trap. Ga ervan uit dat maximale bundelverstrooiing betekent dat het centrum van de bundel op het chipoppervlak staat. Gebruik nu de lens translatietafel om de bundel te verplaatsen naar de verwachte hoogte van het vangbepaalde potentieel.

Na die aanpassing, verplaats de translatietafels van de beeldvormende lens en de CCD terug met dezelfde afstand en noteer de positie. Dit is de schematische weergave van het systeem op dit punt. De bundel passeert de verwachte vangbepaalde positie.

Ga door nadat de andere twee lasers zijn deblokeerd en begin ze uit te lijnen. Vervang het bandpassfilter voor de CCD, met een 399 nanometer bandpassfilter. Pas vervolgens de positie van de beeldvormende