Экспериментальные методы для захвата ионов с помощью Microfabricated поверхности ловушки иона

Общая цель этой процедуры состоит в том, чтобы подготовить и продемонстрировать экспериментальную установку для захвата ионов иттербия, которая включает в себя микрочип. Технология ионных ловушек считается одним из ведущих кандидатов на физическую реализацию квантовой обработки информации. Эта методика обеспечивает подробные протоколы для микроизготовления захваченного чипа, а также для создания экспериментальной установки для улавливания ионов с использованием микроизготовленного чипа-ловушки.

Системы ионных ловушек, разработанные по технологии микропроизводства, обеспечивают большой потенциал для квантовой обработки информации и квантовых вычислений. А представленные здесь протоколы будут направлять процесс изготовления и постановки экспериментов с ионными ловушками. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, поскольку она требует оркестровки различных компонентов, таких как лазеры, системы визуализации, вакуумная камера, электроника и микропроизводство.

Чтобы провести эксперимент, сначала нужно изготовить чип с поверхностью ионов. Это пример микросхемы, установленной в носитель, который используется в данной демонстрации. Особенности микросхемы представлены на этой схеме, имеется загрузочная щель, через которую вводятся нейтральные атомы.

По обе стороны от загрузочной щели расположены радиочастотные электроды для удержания ионов в направлениях, перпендикулярных щели. Напряжение постоянного тока на внешних электродах удерживает ионы вдоль этой щели. Напряжение постоянного тока на внутренних электродах, помогает наклонять основную ось полного потенциала.

Для эксперимента установите упакованный чип в камеру сверхвысокого вакуума. В этом случае чип находится в центре сферической восьмиугольной камеры. Элементы системы сверхвысокого вакуума представлены в этом схематическом обзоре.

Ионный насос и неиспаряющийся геттер могут достигать давления ниже 3 x 10 до 11 мм рт. ст. Сферический восьмиугольник включает в себя печь, продуваемую атомами иттербия. Сферический восьмиугольник представлен в центре этой схемы окончательной оптической установки.

Микрочип находится в центре октагона. Проходные отверстия позволяют выполнять электрические соединения с электродами чипа в восьмиугольной печи. Оптические элементы расположены таким образом, что три диодных лазера производят лучи, которые перекрываются в месте захвата.

Утопленный смотровой порт в сферическом восьмиугольнике позволяет линзе изображения находиться близко к поверхности чипа. Получите изображение поверхности микросхемы с помощью ПЗС-камеры, умножающей электроны. Подключение многоканальных кабелей к цифро-аналоговому преобразователю.

Подключите другой конец многоканальных кабелей к проходным проходам сферического восьмиугольника. Кроме того, сделайте соответствующую подачу через соединения со спиральным резонатором. Далее поработайте с резонатором, анализатором спектра и направленным ответвителем.

Подключите выход радиочастотного генератора к выходу направленного ответвителя. Затем подключите вход резонатора, с входным портом направленного ответвителя. Подключите порт прямой связи к радиочастотному входу анализатора спектра.

Заделите порт обратной связи с помощью резистора 50 Ом. Теперь приготовьтесь к регулировке крышки винтового резонатора. Установите положение колпачка винтового резонатора, затем отсканируйте частоты генератора, чтобы определить частоту, на которой отражение минимально

Продолжайте настраивать резонатор, регулируя положение колпачка. Между тем, отслеживайте сканирование частоты, чтобы найти частоту глобального минимума отраженной мощности. Найдя глобальный минимум, зафиксируйте положение колпачка резонатора.

Выключите радиочастотный генератор перед тем, как продолжить. Чтобы продолжить, установите все лазеры на место, стабилизируйте и заблокируйте для безопасности. Разблокируйте лазер с яркостью 369,5 нанометров и коллимируйте луч.

Луч должен распространяться по направлению к захваченному чипу. Выровняйте луч параллельно чипу и почти касаясь его поверхности. Используйте лучевую карту, расположенную напротив точки входа луча для проверки выравнивания, вокруг пятна, указывающего, что луч не отражается от какой-либо поверхности.

Далее установите фокусировочный объектив на столик для перевода. Расположите линзу так, чтобы сфокусировать луч вблизи потенциала захвата, но параллельно поверхности чипа. Перейдем к работе с оптикой изображения.

Выберите объектив с высокой числовой апертурой, установленный на столике для трансляции. Поместите его перед утопленным окном камеры сверхвысокого вакуума. Это схематическое изображение установки с установленным объективом изображения.

Далее выровняйте лазерный луч, чтобы было некоторое рассеяние от поверхности чипа. Используйте лучевую карту, как и раньше, чтобы убедиться, что луч частично заблокирован. Перейдите к размещению лучевой платы рядом с плоскостью изображения объектива изображения.

Отрегулируйте положение объектива изображения с помощью этапа перемещения. Новое положение должно позволить рассеянному свету создавать четкое изображение на лучевой карте. Теперь поместите ПЗС-матрицу, умножающую электрон, на ступень трансляции в плоскости изображения объектива.

Перед ПЗС-матрицей поместите полосовой фильтр для блокировки фонового света. Электроды должны быть видны при использовании ПЗС-матрицы и установки линзы. Затем выровняйте луч по вертикали так, чтобы он прошел через потенциал захвата.

Затем следите за лучом и перемещайте его к поверхности ловушки. Предположим, что максимальное рассеяние луча означает, что центр луча находится на поверхности чипа. Теперь используйте этап переноса линзы, чтобы переместить луч на ожидаемую высоту потенциала захвата.

После этой настройки переместите этапы перемещения линзы изображения и ПЗС-матрицы назад на такое же расстояние и отметьте положение. Это схематическое представление системы на данный момент. Луч проходит через предполагаемое положение ловушки.

Продолжайте после разблокировки двух других лазеров и начните их выравнивание. Замените полосовой фильтр перед ПЗС-матрицей на полосовой фильтр с яркостью 399 нанометров. Затем отрегулируйте положение линзы изображения и ПЗС-матрицы, чтобы сфокусировать электроды на ПЗС-матрице.

Выровняйте коллимированный пучок 399 нанометров, чтобы войти в вакуумную камеру, распространяющуюся в направлении, противоположном лучу 369,5 нанометров, и перекрыть его. Введите зеркало и дихроичное зеркало, чтобы объединить два луча так, чтобы они распространялись в камере. Для тестирования временно добавьте зеркало на траекторию луча перед камерой и проверьте перекрытие луча с помощью профилографа луча.

Введите фокусирующую линзу на этапе перемещения в пути луча между дихроичным и временным зеркалами. Используйте профилировщик лучей для проверки фокусировки двух лучей. В этом случае два лазера не сфокусированы в одной и той же точке, где они должны быть.

Наконец, выровняйте лазер с яркостью 935 нанометров, чтобы лазеры совпадали. Как только это будет сделано, снимите временное зеркало и убедитесь, что луч с яркостью 399 нанометров можно наблюдать в ПЗС-матрице. Вертикально выровняйте луч относительно ожидаемого положения ловушки, а затем переместите луч к микросхеме.

Контролируйте ПЗС-изображение и связывайте максимальную интенсивность рассеянного света, при этом луч центрируется на поверхности чипа. Затем переместите луч с поверхности в предполагаемое положение ловушки. После этого переместите объектив изображения и ПЗС-матрицу назад на то же расстояние.

Затем установите 399-нанометровый лазер близко к соответствующему переходу иттербия-174. Следите за изображением ПЗС, так как печь с иттербием включается и ток увеличивается. Делайте это, проводя лазер через иттербиевый резонанс, чтобы определить начало испарения, наблюдая за флуоресценцией.

Обратите внимание на текущее значение непосредственно перед флуоресценцией и выключите духовку. Сделайте окончательную подготовку для улавливания ионов. Вернитесь к полосовому фильтру на ПЗС-матрице и замените его полосовым фильтром с яркостью 369,5 нанометров.

Кроме того, отрегулируйте положение ПЗС-матрицы и объектива для фокусировки 368,5 нанометров. Установите напряжение для цифро-аналогового преобразователя, управляющего электродами. Затем переходим к радиочастотному генератору, прикрепленному к винтовому резонатору.

Включите генератор на очень низкой мощности и постепенно увеличивайте выходную мощность. На компьютере управления лазером установите частоты лазера и источник тока печи на соответствующие значения. Через несколько минут кратковременно заблокируйте 935-нанометровый лазер на одну-две секунды, чтобы начать тест на захват.

Посмотрите на ловушку с помощью ПЗС-матрицы. Если ионы захвачены, скорость рассеяния значительно снижается, что заметно влияет на изображение. Заблокируйте лазер несколько раз, чтобы проверить, коррелирует ли блокировка с изменениями изображения.

Как только ионы попадут в ловушку, выключите духовку. Эта композиция ПЗС-изображений, умножающих электроны, позволяет предположить расположение пяти ионов иттербия-174 1+, захваченных в микромикросхеме ионной ловушки. Количество захваченных ионов можно варьировать, изменяя приложенное напряжение постоянного тока.

На этом видео с захваченными ионами ионы манипулируются путем изменения постоянного напряжения ловушки. В этом видео представлены протоколы изготовления поверхностных ионных ловушек и улавливания ионов изотопа иттербия-174. Эта процедура может быть легко расширена для захвата ионов иттербия изотопа 171 и манипулирования кубической стадией, в конечном итоге двигаясь к квантовой обработке информации и квантовым вычислениям.