Microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey

Bu prosedürün genel amacı, mikro fabrikasyon bir çip içeren iterbiyum iyonlarını yakalamak için deneysel bir kurulum hazırlamak ve göstermektir. İyon tuzağı teknolojisi, kuantum bilgi işlemenin fiziksel uygulaması için önde gelen adaylardan biri olarak kabul edilmiştir. Bu prosedür, sıkışmış bir çipin mikro fabrikasyonunun yanı sıra, mikro-fabrikasyon tuzak çipini kullanarak iyonları yakalamak için deneysel bir kurulum oluşturmak için ayrıntılı protokoller sağlar.

Mikro fabrikasyon teknolojisi ile geliştirilen iyon tuzağı sistemleri, kuantum bilgi işleme ve kuantum hesaplama için büyük potansiyel sağlar. Ve burada sunulan protokoller, üretim süreci ve iyon tuzağı deneylerinin kurulması boyunca rehberlik edecektir. Bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi kritiktir çünkü lazerler, görüntüleme sistemleri, vakum odası, elektronik ve mikro fabrikasyon gibi çeşitli bileşenlerin orkestrasyonunu gerektirir.

Deneyi gerçekleştirmek için önce yüzey iyonu hapsolmuş çipi imal etmek gerekir. Bu, bu gösteride kullanılan bir taşıyıcıya monte edilmiş bir çip örneğidir. Çipin özellikleri bu şemada temsil edilmiştir, içinden nötr atomların sokulduğu bir yükleme yuvası vardır.

Yükleme yuvasının her iki tarafında, iyonları yuvaya dik yönlerde sınırlamak için radyo frekansı elektrotları vardır. Dış elektrotlar üzerindeki DC gerilimleri iyonları bu yuva boyunca hapseder. İç elektrotlardaki DC gerilimleri, toplam potansiyelin ana eksenini eğmeye yardımcı olur.

Deney için, paketlenmiş çipi ultra yüksek vakum odasına monte edin. Bu durumda, çip küresel bir sekizgen odanın merkezindedir. Ultra yüksek vakum sisteminin elemanları bu şematik genel bakışta temsil edilmektedir.

İyon pompası ve buharlaşmayan alıcı, 3 x 10'un altında 11. Torr'a kadar basınçlara ulaşabilir. Küresel sekizgen, iterbiyum atomları ile doldurulmuş bir fırın içerir. Küresel sekizgen, son optik kurulumun bu şemasının merkezinde temsil edilir.

Mikro fabrikasyon çip, sekizgenin merkezindedir. Geçişler, sekizgen fırınındaki çip elektrotlarına elektrik bağlantılarına izin verir. Optik elemanlar, üç diyot lazer, yakalama konumunda üst üste binen ışınlar üretecek şekilde düzenlenmiştir.

Küresel sekizgendeki girintili bir görüş portu, bir görüntüleme merceğinin çipin yüzeyine yakın olmasını sağlar. Çipin yüzeyini elektron çoğaltan bir CCD kamera ile görüntüleyin. Çok kanallı kabloları dijitalden analoğa dönüştürücüye bağlayın.

Çok kanallı kabloların diğer ucunu küresel sekizgenin besleme geçişlerine bağlayın. Ek olarak, sarmal bir rezonatöre bağlantılar yoluyla uygun beslemeyi yapın. Ardından, rezonatör, bir spektrum analizörü ve bir yönlü kuplör ile çalışın.

RF jeneratörünün çıkışını yönlü kuplörün çıkışına bağlayın. Ardından rezonatörün girişini, yönlü kuplörün giriş portuna bağlayın. İleri bağlantılı bağlantı noktasını spektrum analizörünün RF girişine bağlayın.

Ters bağlı bağlantı noktasını 50 ohm'luk bir dirençle sonlandırın. Şimdi, sarmal rezonatör kapağını ayarlamaya hazırlanın. Sarmal rezonatör kapağının konumunu ayarlayın, ardından yansımanın minimum olduğu frekansı belirlemek için jeneratörün frekanslarını tarayın.

Kapak konumunu ayarlayarak rezonatörü ayarlamaya devam edin. Bu arada, küresel minimum yansıyan gücün frekansını bulmak için frekans taramasını izleyin. Global minimumu bulduğunuzda, rezonatör kapağının konumunu kilitleyin.

Devam etmeden önce RF oluşturucuyu kapatın. Devam etmek için, güvenlik için tüm lazerleri yerinde, stabilize edin ve bloke edin. 369.5 nanometre lazerin engelini kaldırın ve ışını toplayın.

Işın, sıkışan çipe doğru yayılmalıdır. Işını çipe paralel olarak hizalayın ve neredeyse yüzeyine değecek şekilde hizalayın. Hizalamayı test etmek için ışın giriş noktasının karşısında, nokta etrafında bir ışın kartı kullanın, ışının herhangi bir yüzeyden yansımadığını gösterir.

Ardından, bir çeviri aşamasına bir odaklama lensi monte edin. Merceği, ışını yakalama potansiyelinin yakınına, yine de çip yüzeyine paralel olacak şekilde odaklayacak şekilde yerleştirin. Görüntüleme optiği ile çalışmaya devam edin.

Çeviri aşamasına monte edilmiş yüksek sayısal diyafram açıklığına sahip bir görüntüleme lensi seçin. Bunu ultra yüksek vakum odalarının gömme penceresinin önüne yerleştirin. Bu, görüntüleme merceği yerindeyken kurulumun şematik bir görünümüdür.

Ardından, lazer ışınını hizalayın, böylece çip yüzeyinden bir miktar saçılma olur. Işının kısmen engellendiğini doğrulamak için daha önce olduğu gibi bir ışın kartı kullanın. Işın kartını görüntüleme merceğinin görüntü düzleminin yakınına yerleştirmek için devam edin.

Görüntüleme merceği konumunu bir çeviri aşaması ile ayarlayın. Yeni konum, saçılan ışığın ışın kartında keskin bir görüntü oluşturmasına izin vermelidir. Şimdi, merceğin görüntüleme düzlemindeki öteleme aşamasına bir elektron çarpan CCD yerleştirin.

CCD'nin önüne, arka plan ışığını engellemek için bir bant geçiren filtre yerleştirin. Elektrotlar, CCD ve lens kurulumu kullanılarak görünür olmalıdır. Ardından, kirişi yakalama potansiyelinden geçecek şekilde dikey olarak hizalayın.

Ardından ışını izleyin ve tuzak yüzeyine doğru hareket ettirin. Maksimum ışın saçılımını varsayın, ışın merkezinin çip yüzeyinde olduğu anlamına gelir. Şimdi, ışını yakalama potansiyelinin beklenen yüksekliğine taşımak için lens çevirme aşamasını kullanın.

Bu ayarlamadan sonra, görüntüleme merceğinin ve CCD'nin çeviri aşamalarını aynı mesafe kadar geri hareket ettirin ve konumu not edin. Bu, bu noktada sistemin şematik görünümüdür. Işın beklenen tuzak konumundan geçer.

Diğer iki lazerin engelini kaldırdıktan sonra devam edin ve hizalamaya başlayın. CCD'nin önündeki bant geçiren filtreyi 399 nanometre bant geçiren filtreyle değiştirin. Ardından, elektrotları CCD'ye odaklamak için görüntüleme merceğini ve CCD konumlarını ayarlayın.

Vakum odasına girmek, 369,5 nanometre ışınına zıt yönde yayılmak ve üst üste binmek için birleştirilmiş 399 nanometre ışını hizalayın. İki ışını birleştirmek için bir ayna ve dikroik ayna tanıtın, böylece oda içinde birlikte yayılırlar. Test için, odadan önce ışın yoluna geçici olarak bir ayna ekleyin ve bir ışın profilleyici ile ışın örtüşmesini kontrol edin.

Dikroik ve geçici aynalar arasındaki ışın yolundaki bir öteleme aşamasına bir odaklama merceği tanıtın. İki ışının odağını kontrol etmek için ışın profilleyiciyi kullanın. Bu durumda, iki lazer olması gerektiği gibi aynı noktaya odaklanmaz.

Son olarak, lazerleri tesadüfe dönüştürmek için 935 nanometre lazeri hizalayın. Bu yapıldıktan sonra, geçici aynayı çıkarın ve CCD'de 399 nanometre ışınının görülebildiğinden emin olun. Işını beklenen tuzak konumuyla dikey olarak hizalayın ve ardından ışını çipe doğru hareket ettirin.

CCD görüntüsünü izleyin ve saçılan ışığın maksimum yoğunluğunu, ışın çip yüzeyinde ortalanacak şekilde ilişkilendirin. Ardından ışını yüzeyden tuzağın beklenen konumuna getirin. Bunu, görüntüleme lensini ve CCD'yi aynı mesafeye geri hareket ettirerek takip edin.

Ardından, 399 nanometre lazeri uygun iterbiyum 174 geçişine yakın bir yere ayarlayın. İterbiyumlu fırın açılırken ve akım artarken CCD görüntüsünü izleyin. Bunu, floresanı gözlemleyerek buharlaşmanın başlangıcını belirlemek için lazeri iterbiyum rezonansı boyunca süpürürken yapın.

Floresanstan hemen önceki mevcut değeri not edin ve fırını kapatın. İyonları yakalamak için son hazırlığı yapın. CCD'deki bant geçiren filtreye geri dönün ve 369,5 nanometre bant geçiren filtreyle değiştirin.

Ek olarak, 368,5 nanometre odak için CCD ve görüntüleme lensi konumlarını ayarlayın. Elektrotları kontrol eden dijital-analog dönüştürücünün voltajlarını ayarlayın. Ardından sarmal rezonatöre bağlı RF jeneratörüne gidin.

Jeneratörü çok düşük bir güç ayarında açın ve çıkış gücünü kademeli olarak artırın. Lazer kontrol bilgisayarında, lazer frekanslarını ve fırın akım kaynağını uygun değerlerine ayarlayın. Birkaç dakika sonra, yakalama testini başlatmak için 935 nanometre lazeri bir ila iki saniye boyunca kısa bir süre bloke edin.

CCD ile tuzağı görüntüleyin. İyonlar sıkışırsa, saçılma hızı önemli ölçüde düşer ve görüntü gözle görülür şekilde etkilenir. Engellemenin görüntü değişiklikleriyle ilişkili olup olmadığını kontrol etmek için lazeri birkaç kez engelleyin.

İyonlar sıkıştığında fırını kapatın. Elektron çarpımını yapan CCD görüntülerinin bu bileşimi, mikro fabrikasyon bir iyon tuzağı çipinde hapsolmuş beş iterbiyum 174 1+ iyonunun yerini göstermektedir. Sıkışan iyonların sayısı, uygulanan DC voltajları değiştirilerek değiştirilebilir.

Sıkışmış iyonların bu videosunda, iyonlar, tuzağın DC voltajları değiştirilerek manipüle ediliyor. Yüzey iyon tuzaklarının üretilmesi ve iterbiyum 174 izotop iyonlarının yakalanması için protokoller bu videoda sunulmuştur. Bu prosedür, izotop 171'in iterbiyum iyonlarını yakalamak ve kübik aşamayı manipüle etmek için kolayca genişletilebilir ve sonuçta kuantum bilgi işleme ve kuantum hesaplamaya doğru ilerleyebilir.