Name: Microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 45 s
Description: Öğrenin yüzey iyon tuzakları için mikrofabrikasyon yöntemlerini ve oda sıcaklığında ytterbiyum iyonlarını tuzağa alma protokollerini. Bu teknik kuantum bilgi işleme uygulamaları için güvenilir bir temel sunar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu araştırma bilim Bakanlığı tarafından ICT, kısmen desteklenen ve Gelecek Planlama (MSIP), Kore, bilgi teknolojisi Araştırma Merkezi (ITRC) altında destek programı (IITP-2017-2015-0-00385) ve ICT R &#38; D programı (10043464, gelişimi Kuantum Tekrarlayıcı teknolojisi uygulama iletişim sistemleri için), gözetim altında bilgi Enstitüsü tarafından &#38; iletişim teknolojisi promosyon (IITP).

<ol><li>Wineland, D. J. <a target="_blank" href="https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/wineland-lecture.pdf">Nobel Lecture: Superposition, entanglement, and raising Schrödinger's cat.</a> Rev Mod Phys. 85 (3), 1103(2013).</li>
<li>Blatt, R., Wineland, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Entangled+states+of+trapped+atomic+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Entangled states of trapped atomic ions.</a> Nature. 453 (7198), 1008-1015 (2008).</li>
<li>Leibfried, D., Blatt, R., Monroe, C., Wineland, D. <a target="_blank" href="http://ai2-s2-pdfs.s3.amazonaws.com/5112/6412c51a24a4b3115332e644722e01aa144d.pdf">Quantum dynamics of single trapped ions.</a> Rev Mod Phys. 75 (1), 281(2003).</li>
<li>Paul, W. <a target="_blank" href="http://iontrap.umd.edu/wp-content/uploads/2013/10/electromagnetic-traps-for-charged-and-neutral-particles-Paul.pdf">Electromagnetic traps for charged and neutral particles.</a> Rev Mod Phys. 62 (3), 531(1990).</li>
<li>Rosenband, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+ratio+of+Al%2B+and+Hg%2B+single-ion+optical+clocks%3B+metrology+at+the+17th+decimal+place%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Frequency ratio of Al+ and Hg+ single-ion optical clocks; metrology at the 17th decimal place.</a> Science. 319 (5871), 1808-1812 (2008).</li>
<li>Dawson, P. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDawson%2C+PH+%22Quadrupole+mass+spectrometry+and+its+applications%22">Quadrupole mass spectrometry and its applications</a>. , 1st ed, Elsevier. Amsterdam, Netherlands. (2013).</li>
<li>Ladd, T. D., Jelezko, F., Laflamme, R., Nakamura, Y., Monroe, C., O'Brien, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+computers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Quantum computers.</a> Nature. 464 (7285), 45-53 (2010).</li>
<li>Monz, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+a+scalable+Shor+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Realization of a scalable Shor algorithm.</a> Science. 351 (6277), 1068-1070 (2016).</li>
<li>Debnath, S., Linke, N. M., Figgatt, C., Landsman, K. A., Wright, K., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+a+small+programmable+quantum+computer+with+atomic+qubits%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits.</a> Nature. 536 (7614), 63-66 (2016).</li>
<li>Blatt, R., Roos, C. F. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphys/journal/v8/n4/full/nphys2252.html">Quantum simulations with trapped ions.</a> Nature Phys. 8 (4), 277-284 (2012).</li>
<li>Kielpinski, D., Monroe, C., Wineland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Architecture+for+a+large-scale+ion-trap+quantum+computer%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Architecture for a large-scale ion-trap quantum computer.</a> Nature. 417 (6890), 709-711 (2002).</li>
<li>Moehring, D. L., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1105.1834">Design, fabrication and experimental demonstration of junction surface ion traps.</a> New J Phys. 13 (7), 075018(2011).</li>
<li>Wright, K., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1210.3655">Reliable transport through a microfabricated X-junction surface-electrode ion trap.</a> New J Phys. 15 (3), 033004(2013).</li>
<li>Amini, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/12/3/033031/pdf">Toward scalable ion traps for quantum information processing.</a> New J Phys. 12 (3), 033031(2010).</li>
<li>Sterling, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+operation+of+a+two-dimensional+ion-trap+lattice+on+a+high-voltage+microchip%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Fabrication and operation of a two-dimensional ion-trap lattice on a high-voltage microchip.</a> Nat Commun. 5, (2014).</li>
<li>Kumph, M., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1402.0791">Operation of a planar-electrode ion-trap array with adjustable RF electrodes.</a> New J Phys. 18 (2), 023047(2016).</li>
<li>Mielenz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arrays+of+individually+controlled+ions+suitable+for+two-dimensional+quantum+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Arrays of individually controlled ions suitable for two-dimensional quantum simulations.</a> Nat Commun. 7, (2016).</li>
<li>Stick, D., Hensinger, W. K., Olmschenk, S., Madsen, M. J., Schwab, K., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphys/journal/v2/n1/full/nphys171.html">Ion trap in a semiconductor chip.</a> Nat Phys. 2 (1), 36-39 (2006).</li>
<li>Harty, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-fidelity+preparation%2C+gates%2C+memory%2C+and+readout+of+a+trapped-ion+quantum+bit%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">High-fidelity preparation, gates, memory, and readout of a trapped-ion quantum bit.</a> Phys Rev Lett. 113 (22), 220501(2014).</li>
<li>Cho, D., Hong, S., Lee, M., Kim, T. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1186/s40486-015-0013-3">A review of silicon microfabricated ion traps for quantum information processing.</a> Micro Nano Sys Lett. 3 (1), 1-12 (2015).</li>
<li>Weidt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapped-ion+quantum+logic+with+global+radiation+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Trapped-ion quantum logic with global radiation fields.</a> Phys Rev Lett. 117 (22), 220501(2016).</li>
<li>Monroe, C., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+the+ion+trap+quantum+processor%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Scaling the ion trap quantum processor.</a> Science. 339 (6124), 1164-1169 (2013).</li>
<li>Brown, K. R., Kim, J., Monroe, C. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/npjqi201634">Co-designing a scalable quantum computer with trapped atomic ions.</a> npj Quantum Inf. 2, 16034(2016).</li>
<li>Lekitsch, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Blueprint+for+a+microwave+trapped-ion+quantum+computer%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Adv%22%5BJournal%5D)">Blueprint for a microwave trapped-ion quantum computer.</a> Science Adv. 3 (2), e1601540(2017).</li>
<li>Reichel, J., Vuletic, V. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aReichel%2C+J+%22Atom+chips%22">Atom chips</a>. , John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, New Jersey, USA. (2011).</li>
<li>Ghosh, P. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGhosh%2C+PK+%22Ion+Traps%22">Ion Traps</a>. ed, ,1st , 1st ed, Oxford Science Publications. Oxford, UK. (1995).</li>
<li>Wesenberg, J. H. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/pdf/0808.1623.pdf">Electrostatics of surface-electrode ion traps.</a> Phys Rev A. 78 (6), 063410(2008).</li>
<li>House, M. G. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.78.033402">Analytic model for electrostatic fields in surface-electrode ion traps.</a> Phys Rev A. 78 (3), 033402(2008).</li>
<li>Hong, S., Lee, M., Cheon, H., Kim, T., Cho, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Guidelines+for+Designing+Surface+Ion+Traps+Using+the+Boundary+Element+Method%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Guidelines for Designing Surface Ion Traps Using the Boundary Element Method.</a> Sensors. 16 (5), 616(2016).</li>
<li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/0909.3272">Implementation of a symmetric surface-electrode ion trap with field compensation using a modulated Raman effect.</a> New J Phys. 12 (5), 053026(2010).</li>
<li>Chiaverini, J., et al. <a target="_blank" href="http://tf.nist.gov/general/pdf/2019.pdf">Surface-electrode architecture for ion-trap quantum information processing.</a> Quantum Inf Comput. 5 (6), 419-439 (2005).</li>
<li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1105.4864">Heating rate and electrode charging measurements in a scalable, microfabricated, surface-electrode ion trap.</a> Appl Phys B. 107 (4), 913-919 (2012).</li>
<li>Stick, D., et al. Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1008.0990">https://arxiv.org/abs/1008.0990</a> (2010).</li>
<li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1110.1486">Reduction of heating rate in a microfabricated ion trap by pulsed-laser cleaning.</a> New J Phys. 13 (12), 123023(2011).</li>
<li>Mount, E., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1306.1269">Single qubit manipulation in a microfabricated surface electrode ion trap.</a> New J Phys. 15 (9), 093018(2013).</li>
<li>Siverns, J. D., Simkins, L. R., Weidt, S., Hensinger, W. K. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1106.5013">On the application of radio frequency voltages to ion traps via helical resonators.</a> Appl Phys B. 107 (4), 921-934 (2012).</li>
<li>Kleinert, M., Dahl, M. E. G., Bergeson, S. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/pdf/1609.02218.pdf">Measurement of the Yb I 1S0−1P1 transition frequency at 399 nm using an optical frequency comb.</a> Phys Rev A. 94 (5), 052511(2016).</li>
<li>Olmschenk, S., Younge, K. C., Moehring, D. L., Matsukevich, D. N., Maunz, P., Monroe, C. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/0708.0657">Manipulation and detection of a trapped Yb+ hyperfine qubit.</a> Phys Rev A. 76 (5), 052314(2007).</li>
<li>Sansonetti, J. E., Martin, W. C., Young, S. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSansonetti%2C+JE+%22Handbook+of+Basic+Atomic+Spectroscopic+Data%22">Handbook of Basic Atomic Spectroscopic Data</a>. , National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg, MD, USA. version 1.1.3 (2013).</li>
<li>Kern, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKern%2C+W+%22Thin+film+processes+II%22">Thin film processes II</a>. , 2nd ed, Academic Press. Cambridge, Massachusetts, USA. (2012).</li>
<li>Streed, E. W., Weinhold, T. J., Kielpinski, D. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/0806.1794">Frequency stabilization of an ultraviolet laser to ions in a discharge.</a> Appl Phys Lett. 93 (7), 071103(2008).</li>
</ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Bu kağıt için bindirme iyonları microfabricated yüzey iyon tuzakları kullanarak bir yöntem mevcuttur. Bir iyon yakalama sistemi inşaatı deneyimlerini çeşitli araştırma alanlarında gerektirir ama daha önce ayrıntılı olarak açıklanan değil. Bu kağıt microfabricating iyonları ilk kez yakalamak için deneysel bir kurulum oluşturma gelince de bir tuzak çip için ayrıntılı yordamlar sağlanmıştır. Bu yazıda da 174Yb+ iyonları bindirme ve kapana kısılmış iyonları ile deneme için ayrıntılı yordamlar sağladı.
Dielektrik katman birikimi 10 µm kalınlığında, microfabrication yordamlarda karşı karşıya bir önemli engeldir. Hangi Dielektrik filmin zarar veya bile gofret kırmak kalın yalıtkan tabaka biriktirme işlemi sırasında kalan stres inşa edebilirsiniz. Genellikle basınç kalan stres azaltmak için yavaş biriktirme oranı kullanılan40olmalıdır. Bizim durumumuzda 110.4 MPa basınç stres SiH4 gaz debisi, 140 W RF güç ve baskı 5-µm film kalınlığı, 1.9 Torr 540 sccm ifade şartlar ile ölçüldü. Bu koşullar önemli ölçüde farklı donanımları için değişebilir ancak, bu işlem koşulları yalnızca kaba bir başvuru sağlar. Birikmiş stresin etkilerini azaltmak için 3,5 µm kalınlığında SiO2 filmleri alternatingly gofret sunulan yöntem her iki tarafında tevdi. Eğer daha küçük bir RF voltaj genlik Dielektrik katman gerekli kalınlığı azaltılabilir ve dolayısıyla sığ bir tuzak derinlik seçilir. Ancak, yüksek RF voltaj dayanabilir, kalın Dielektrik katmanları imalatı daha arzu edilir böylece sığ bir tuzak derinlik kapana kısılmış iyonları, kaçış için kolayca yol açar.
Bu raporda sunulan imalat yöntemi için bazı sınırlamalar vardır. Çıkıntılar uzunlukları şekil 7fiçinde gösterildiği gibi tamamen kapana kısılmış iyonları üzerinden Dielektrik yanağında gizlemek yeterli değildir. Ayrıca, dikey oksit ayağı göre Dielektrik yanağında açık alan artan oksit ayağı yanağında Çizimimdeki. Örneğin, 5 mikron Tekdüzen çıkıntı ile yükleme yuvası yakınındaki iç DC Ray kenarındaki söz konusu olduğunda, Dielektrik yüzeyinin % 33 dikey yan kapana kısılmış iyon konumunu maruz hesaplanır. Pürüzlü kenar durumda yan alan % 70'den fazla maruz kalmaktadır. Bu ideal olmayan uydurma sonuçlara maruz Dielektrik ek sokak alanları teşvik edebilirsiniz ama etkileri değil nicelik ölçülen var. Yine de, yukarıdaki uydurma kozu olarak bildirilen iyon bindirme ve qubit'e manipülasyon deneyler başarıyla kullanılmıştır. Buna ek olarak, bu yazıda sunulan tuzak çip silikon yanağında yükleme yuvası yakınındaki koymuştur. Yerel oksit silikon yüzeylerde büyüyebilir ve ek sokak alanlara yol açabilir. Bu nedenle, bu silikon substrat33olduğu gibi ek bir metal tabaka ile korumak için tavsiye edilir.
174Yb+ iyonları bindirmek için birkaç onlarca MHz içinde lazerler frekansları stabilize ve birkaç farklı yöntem gelişmiş kurulumları38,41içinde ele alınmıştır. Ancak, bu makalede açıklanan basit kurulum için ilk bindirme sadece bir dalga boyu ölçeri kullanmayı stabilization ile mümkündür.
Bu kağıt 174Yb+ iyonları microfabricated yüzey iyon kapanı çip kullanarak yakalamak için bir protokol sağlanan. 171Yb+ iyonları bindirme için protokol özellikle tartışılmamış rağmen bu yazıda açıklanan deneysel Kur aynı zamanda 171Yb+ iyonları tuzağa düşürmek ve 171 qubit'e durumunu işlemek için kullanılabilir Yb+ iyonları Rabi salınım sonuçları (gösterildiği şekil 10) elde etmek için. Bu lazerlerin çıkış için çeşitli optik modülatörler ekleyerek ve Ek belgeiçinde açıklandığı gibi bir mikrodalga Kur kullanarak yapılabilir.
Sonuç olarak, deneysel yöntem ve sonuçları bu raporda sunulan çeşitli Kuantum bilgi yüzey iyon tuzakları kullanarak uygulamalar geliştirmek için kullanılabilir.

Paul tuzak iyonları bir statik elektrik alanı ve değişen bir elektrik alanı radyo frekans (RF), salınan bir arada kullanarak boş alanda da dahil olmak üzere yüklü parçacıklar, şlemiyle ve tuzağa sınırlı iyonların kuantum Birleşik ölçülebilir ve 1,2,3kontrol. Böyle iyon tuzaklar aslında optik saatler ve kütle spektroskopisi4,5,6gibi hassas ölçüm uygulamalar için geliştirilmiştir. Bir ultra-yüksek ideal izolasyon kapana kısılmış iyonları, örneğin uzun tutarlılık zamanları, arzu edilen özellikleri Kuantum bilgi işleme uygulamak için fiziksel bir platform atfedilen gibi son yıllarda, bu iyon tuzakları da aktif olarak araştırılmalıdır Vakum (UHV) çevre ve fizibilite bireysel qubit'e manipülasyon7,8,9,10. Beri Kielpinski ve ark. 11 kuantum bilgisayarları, yüzey tuzakları, junction tuzakları12,13, çoklu alan tuzak cips14ve 2-b dizi de dahil olmak üzere çeşitli geliştirmek için kullanılan bir ölçeklenebilir iyon kapanı mimarisi önerilen tuzaklar15,16,17, işlemi elde edilen yarı iletken microfabrication yöntemleri18,19,20,21 kullanarak geliştirilmiştir . Büyük ölçekli Kuantum bilgi işleme sistem yüzeyde dayalı tuzakları de22,23,24tartışıldı.
Bu kağıt microfabricated yüzey iyon tuzakları kullanarak bindirme iyonları için deneysel yöntemler sunar. Daha ayrıntılı olarak, yüzey iyon tuzaklar ve fabrikasyon tuzakları kullanarak bindirme iyonları için detaylı bir yordam imalatı için bir yordam açıklanır. Buna ek olarak, deneysel sistemini kurduktan ve iyonları bindirme için çeşitli pratik teknikleri ayrıntılı açıklamalar Ek belgetemin edilmektedir.
Metodoloji microfabricating için 1. adımda bir yüzey iyon kapanı verilir. Şekil 1 bir yüzey iyon kapanı basitleştirilmiş bir şematik gösterir. Transvers düzlemde elektrotlar uygulanan gerilim tarafından üretilen elektrik alanı da25gösterilir. Diğer elektrotlar RF yere korunurken bir RF voltaj RF elektrotlar, çiftine uygulanır; RF voltaj tarafından oluşturulan ponderomotive potansiyel26 Radyal yönde iyonları confines. Birden çok DC elektrotlar RF elektrotlar dışında uygulanan doğru akım (DC) gerilim boyuna yönde iyonları hapsedin. RF elektrot arasındaki iç raylar transvers düzlemde toplam potansiyel asıl eksenlerini eğimli yardımcı olmak üzere tasarlanmıştır. Bir DC gerilim set tasarımı için metodoloji Ek belgedahil. Buna ek olarak,27,28,29,30,31' temel geometrik parametre yüzey iyon kapanı fiş tasarlamak için daha fazla ayrıntı bulunabilir.
1. adımda tanıttı imalat yöntemi aşağıdaki yönleri dikkate alınarak tasarlanmıştır. İlk olarak, elektrot katmanı ve toprak katmanı arasında Dielektrik katmanı Katmanlar arasında elektriksel delinme önlemek için yeterince kalın olmalıdır. Genellikle, kalınlığı 10µm üzerinde olması gerekir. Kalın yalıtkan tabaka biriktirme sırasında kalan stres yatırılan filmlerden Selam substrat veya yatırılan filmleri için neden olabilir. Böylece, artık stres kontrol yüzey iyon tuzakları imalatı anahtar teknikleri biridir. Sokak ücretleri Dielektrik malzeme üzerinde hangi rasgele bir vardiyada dönüş sonuçlarını iyon pozisyon dağınık ultraviyole (UV) lazerler tarafından indüklenen çünkü İkincisi, iyon konum Dielektrik yüzeylere pozlama indirilmelidir. Açık alan çıkıntı elektrot yapıları tasarlama tarafından azaltılabilir. Bu iyon tuzakları ile elektrot çıkıntılar tipik deneysel koşullar32altında şarj için dirençli yüzey bildirilmiştir. Üçüncü, çeşitli yatırılan Filmler, dahil olmak üzere tüm malzemeler, 200 ° C yaklaşık 2 hafta boyunca pişirme dayanmak gerekir ve tüm malzemelerden fışkırması miktarını UHV ortamlarıyla uyumlu olmalıdır. Yüzey iyon kapanı cips microfabricated bu kağıt tasarımını başarıyla çeşitli deneyler32,33,34, kullanılan33, tuzak tasarımdan temel 35. daha sonra nötr atomların yükleme fotoğraf-bindirme için iyonize için bu tasarım bir slot çip ortasında içerdiğini unutmayın.
İyon kapanı çip fabrikasyon sonra çip monte ve elektrikle altın bağ kablo kullanarak çip taşıyıcı bağlı. Çip taşıyıcı sonra UHV odasında yüklenir. Bir tuzak küçük parça paket ve UHV odası tasarım hazırlanması için ayrıntılı bir yönerge Ek belgetemin edilmektedir.
Optik ve Elektriksel ekipman yanı sıra deneysel prosedürler hazırlanması için bindirme iyonları, 2. adımda ayrıntılarıyla açıkladı. Potansiyel ponderomotive tarafından tuzağa iyonları genellikle çevresindeki elektrik alanı, sürekli artar iyonların ortalama kinetik enerji dalgalanması tabi vardır. Lazer Doppler vardiyasında dayalı soğutma aşırı enerji iyonları hareket kaldırmak için kullanılabilir. Şekil 2 bir 174Yb+ iyon ve tarafsız 174Yb atom Basitleştirilmiş enerji düzeyi diyagramları gösterir. Foto-iyonizasyon tarafsız 174Yb atomların 399-nm lazer gerekirken Doppler 174Yb+ iyonları soğutma 369.5-nm lazer ve 935-nm lazer gerektirir. Adım 2.2 ve 2.3 bu lazerler yüzey iyon kapanı chip ve Foto-iyonizasyon için uygun koşullar bulmak için bir yordam için hizalamak için verimli bir yöntem açıklanmaktadır. Optik ve elektriksel bileşenlerin hazırlanır sonra iyonları bindirme nispeten basittir. Deneysel olarak sırası bindirme iyonları için adım 2.4 sunulur.

<table><tbody><tr><td>2-&mu için kullanılan fotorezist; m spin kaplama</td><td>AZ Malzemeleri</td><td>AZ7220</td><td>Durduruldu. Diğer alternatif fotorezist ürünle kolayca değiştirilir.</td></tr><tr><td>6-&mu için kullanılan fotorezist; m spin kaplama</td><td>AZ Malzemeleri</td><td>AZ4620</td><td>Durduruldu. Diğer alternatif fotorezist ürünle kolayca değiştirilir.</td></tr><tr><td>seramik talaş taşıyıcı</td><td>NTK</td><td>IPKX0F1-8180BA</td><td></td></tr><tr><td>epoksi bileşiği</td><td>Epotek</td><td>353ND</td><td></td></tr><tr><td>Plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme (PECVD) sistemi</td><td>Oxford Instruments</td><td>PlasmaPro System100</td><td></td></tr><tr><td>Düşük basınçlı kimyasal buhar biriktirme (LPCVD) sistemi</td><td>Centrotherm</td><td>E-1200</td><td></td></tr><tr><td>Fırın</td><td>Seltron</td><td>SHF-150</td><td></td></tr><tr><td>Püskürtmeli</td><td>Muhan Vakum</td><td>MHS-1500</td><td></td></tr><tr><td>Manuel hizalayıcı</td><td>Karl-Suss</td><td>MA-6</td><td></td></tr><tr><td>Derin Si aşındırıcı</td><td>Plazma-Therm</td><td>SLR-770-10R-B</td><td></td></tr><tr><td>Endüktif birleştirilmiş plazma (ICP) aşındırıcı</td><td>Oxford Instruments</td><td>PlasmaPro System100 Kobra</td><td></td></tr><tr><td>Reaktif iyon aşındırma (RIE) aşındırıcı</td><td>Uygulanan Malzemeler</td><td>P-5000</td><td></td></tr><tr><td>Sınır elemanı yöntemi (BEM) yazılımı</td><td>CPO Ltd.</td><td>Yüklü Parçacık Optiği</td><td></td></tr><tr><td>Tek kristalli (100) silikon gofret</td><td>STC</td><td>4SWP02</td><td>100 mm / (100) / P-tipi / SSP / 525&plusmn; 25 &mu; m</td></tr><tr><td>metal borular</td><td>Mcmaster-carr</td><td>89935K69</td><td>316 Paslanmaz Çelik Boru, 0.042 "OD, 0.004" Duvar Kalınlığı</td></tr><tr><td>Yb parçası</td><td>Goodfellow</td><td>YB005110</td><td>İterbiyum tel, saflık% 99.9</td></tr> <tr><td>zenginleştirilmiş 171</td><td>Yb Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı</td><td>Yb-171</td><td>https://www.isotopes.gov/catalog/product.php?element=Ytterbium</td></tr><tr><td>tantal folyo</td><td>Nilaco Corporation</td><td>TI-453401</td><td>0.25x130x100mm %99,5</td></tr> <tr><td>Kapton yalıtımlı bakır tel</td><td>Accu-glass</td><td>18AWG (gümüş kaplama bakır tel kapton hakaretli)</td><td></td></tr><tr><td>artık gaz analizörü (RGA)</td><td>SRS</td><td>RGA200</td><td></td></tr><tr><td>turbo pompa</td><td>Agilent</td><td>Twistorr84 FS</td><td></td></tr><tr><td>tamamen metal valf</td><td>KJL</td><td>manuel SS Tüm Metal Açılı Vanalar (CF flanşlı)</td><td></td></tr><tr><td>Sızıntı dedektörü (kaba pompa olarak kullanılır)</td><td>Varian</td><td>PD03</td><td></td></tr><tr><td>iyon göstergeleri</td><td>Agilent</td><td>UHV-24p</td><td></td></tr><tr><td>iyon pompası</td><td>Agilent</td><td>VacIon Plus 20</td><td></td></tr><tr><td>NEG pompa</td><td>SAES Getters</td><td>CapaciTorr D400</td><td></td></tr><tr><td>küresel sekizgen</td><td>Kimball Fizik</td><td>MCF600-SphOct-F2C8</td><td></td></tr><tr><td>ZIF soket</td><td>Taktik Elektronik</td><td>P / N 100-4680-002A</td><td></td></tr><tr><td>çok pimli geçişler</td><td>Accu-Glass</td><td>6-100531</td><td></td></tr><tr><td>25 D-sub cinsiyet adaptörleri</td><td>Accu-Glass</td><td>104101</td><td></td></tr><tr><td>Gömme görüntü alanı</td><td>Culham Füzyon Enerjisi Merkezi</td><td>100CF 316LN+20.9 Yeniden Giriş 316 (Özel sipariş)</td><td>Disk malzemesi: 60cv Sigortalı Silika 4mm THK, TWE Lambda 1/10, 20/10 Scratch-Dig</td></tr><tr><td>Gömme görüntü alanı AR kaplama</td><td>LaserOptik</td><td>AR355nm / 0-6 derece; HT370-650nm / 0-36 & derece; UHV'de (Özel sipariş)</td><td>Gömme görüntü alanının imalatının ortasında AR kaplama yapıldı</td></tr><tr><td>Dijital-analog dönüştürücü</td><td>AdLink</td><td>PCIe-6216V-GL</td><td></td></tr><tr><td>369.5nm lazer</td><td>Toptica</td><td>TA-SHG Pro</td><td></td></tr><tr><td>369.5nm lazer</td><td>Moglabs</td><td>ECD004 + 370LD10 + DLC102/HC</td><td></td></tr><tr><td>399nm lazer</td><td>Toptica</td><td>DL 100</td><td></td></tr><tr><td>935nm lazer</td><td>Toptica</td><td>DL 100</td><td></td></tr><tr><td>369.5nm ve 399nm fiber optik Tutarlı</td><td></td><td>NUV-320-K1</td><td>Patch kablolar Kostal Bağlantılar ile bağlanır.</td></tr><tr><td>935nm fiber optik</td><td>GouldFiber Optik</td><td>PSK-000626</td><td>50/50 fiber ışın ayırıcı, 935nm ve 638nm'yi bir araya getirmek için Corning HI-780 tek modlu fiberden yapılmıştır.</td></tr><tr><td>Dalga boyu ölçer</td><td>High Finesse</td><td>WSU-2</td><td></td></tr><tr><td>geçici ayna</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>Dikroik ayna</td><td>Semrock</td><td>FF647-SDi01-25x36</td><td></td></tr><tr><td>369.5nm ve 399nm kolimatör</td><td>Mikro Lazer Sistemleri</td><td>FC5-UV-T/A</td><td></td></tr><tr><td>935nm kolimatör</td><td>Sch&auml; fter + Kirchhoff</td><td>60FC-0-M8-10</td><td></td></tr><tr><td>369.5nm odaklama lensi</td><td>CVI</td><td>PLCX-25.4-77.3-UV-355-399</td><td>Odak uzaklığı: ~ 163mm @ 369.5nm</td></tr><tr><td>399nm ve 935nm odaklama lensi</td><td>CVI</td><td>PLCX-25.4-64.4-UV-355-399</td><td>Odak uzaklığı: ~ 137mm @ 399nm, ~ 143mm @ 935nm</td></tr><tr><td>görüntüleme lensi</td><td>Foton Dişli</td><td>P/N 15470</td><td></td></tr><tr><td>369.5nm bant geçiren filtre</td><td>Semrock</td><td>FF01-370/ 6-25</td><td></td></tr><tr><td>399nm bant geçiren filtre</td><td>Semrock</td><td>FF01-395/11-25</td><td></td></tr><tr><td>IR filtresi</td><td>Semrock</td><td>FF01-650/SP-25</td><td></td></tr><tr><td>EMCCD kamera</td><td>Andor Teknolojisi</td><td>DU-897U-CS0-EXF</td><td></td></tr><tr><td>PMT</td><td>Hamamatsu</td><td>H10682-210</td><td></td></tr></tbody></table>

microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Bir quadrupole Paul tuzak tuzağa iyonları bir kuantum bilgi işleme uygulamak için güçlü fiziksel adaylar kabul edilmiştir. Bu onların uzun tutarlılık zaman ve onların yeteneklilik-e doğru değiştirmek ve bireysel kuantum bit (qubits) algılamak gelir. Daha yakın yıllarda, microfabricated yüzey iyon tuzakları büyük ölçekli tümleşik qubit'e platformlar için daha fazla dikkat aldık. Bu kağıt iyon mikro-elektro-mekanik sistem (MEMS) teknolojisini kullanarak tuzakları için bir microfabrication metodoloji sunar, bir 14 µm kalınlığında Dielektrik katman ve metal imalat yöntemi dahil yapıları Dielektrik katman üzerinde çıkıntı. Buna ek olarak, 369.5 kullanarak iterbiyum (Yb) iyonları, izotop 174 (174Yb+) yakalama için deneysel bir işlem nm, 399 nm, ve 935 nm diyot lazerler açıklanmıştır. Birçok bilimsel ve mühendislik disiplinleri bu metodolojileri ve yordamlar içerir ve bu kağıt ilk ayrıntılı deneysel yordamlar sunar. Bu makalede açıklanan yöntemleri kolayca Yb iyonları izotop 171 (171Yb+), bindirme ve qubits manipülasyon için uzatılabilir.

Şekil 7 fabrikasyon iyon kapanı çipin tarama elektron Filmler (SEM) gösterir. RF elektrotlar, iç DC elektrotlar, dış DC elektrotlar ve yükleme yarık başarıyla imal. PECVD oksit birkaç adımda yatırılması çünkü Dielektrik sütun yan profil pürüzlü oldu. Birden çok ifade adımları kalın oksit Filmler artık stresin etkilerini en aza indirmek için kullanılmıştır. Bu daha fazla tartışmatanımlanır.

Şekil 8 microfabricated iyon kapanı çip kullanarak tuzağa beş 174Yb+ iyonları EMCCD görüntüsünü gösterir. Kapana kısılmış iyonları soğutma ile sürekli Doppler daha 24 h sürebilir. Kapana kısılmış iyonları sayısı 1 ile 20 arasında uygulanan DC gerilim set değiştirerek ayarlanabilir. Bu deneysel kurulum çok güvenilir ve sağlam ve şu anda operasyonda 50 ay olmuştur.
Şekil 9 eksenel yönde boyunca kapana kısılmış iyonları mekik gösterir. Şekil 9b iyon bulunduğu bundan Þekil 9a içinde DC potansiyel en az konumunu ayarlama DC gerilim değiştirerek yerlerinden olduğunu.
Şekil 10 Rabi salınım deneyler 171Yb+ iyon ile ilk sonuçlar gösterir. Sonuçları elde etmek için Ek belge içinde açıklanan ek kurulumları kullanılmıştır. Sonuçları bu yazıda açıklandığı deneysel kurulumunun potansiyel bir uygulama göstermek için dahil edildi.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig1.jpg"> 
Şekil 1: yüzey iyon kapanı şematik. (bir) kırmızı noktalar kapana kısılmış iyonları temsil eder. Kahverengi ve sarı elektrotlar RF ve DC elektrotlar, sırasıyla gösterir. Gri ok elektrik alanı yön RF voltaj olumlu aşamasında göstermek. Şematik çizilmez Not ölçek. (b) dikey boyutlar elektrot yapısı. (c) lateral boyutları elektrot yapısı. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig2.jpg"> 
Resim 2: 174Yb+ iyon ve tarafsız 174Yb atom enerji düzeyi diyagramlar Basitleştirilmiş. (bir) zaman bir 369.5 nm lazer rezonans kırmızı tarafı (daha düşük frekans) detuned, 2P1/2 ve 2S1/2 arasında bir Bisiklete binme geçiş iyon Kinetik enerjisini Doppler nedeniyle azaltır. etkisi. Bazen, küçük ama sonlu dallanma oranı 2D3/2 2P1/2 elektron çürüme yapar ve 935-nm lazer elektron ana Bisiklete binme geçiş için geri dönüş için gereklidir. Elektron da 2F7/2 düzeyine bir kez saat başına ortalama, çürük ve 638 nm lazer 2F7/2 devlet dışarı pompalamak olabilir, ama bu basit sistem38için gerekli değildir. Ket gösteriminde değerleri niceleme eksen mJboyunca toplam açısal momenta J projeksiyonlar temsil eder. (nötr atomların fırın, bir iki fotonlu emme işlemi buharlaşıp iyonizeb) kullanılan39oldu. 399 nm lazer bir elektron 1P1 durum için heyecanlı ve Doppler soğutma için 369.5 nm foton heyecanlı elektron iyon kaldırmak gerekenden daha fazla enerji vardı. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig3.jpg"> 
Şekil 3: imalat işlem akışı bir yüzey iyon kapanı. (bir) termal oksidasyonu bir 5000 kalın Å SiO2 katman ve LPCVD 2.000 kalın Å Si3N4 katmanın büyümeye. (b) gravür 1,5 µm kalınlığında sputter Al katmanın ifade ve ICP. (c) bir 14 birikimi µm kalınlığında SiO2 katman PECVD süreçleri kullanarak gofret her iki tarafında. (d) bir RIE (e) işlemiyle gofret cephesinde yatırılır 14 µm kalınlığında SiO2 tabakasının biçimlenme desenlendirme 14 µm kalınlığında SiO2 tabakasının yatırılır RIE işlemiyle gofret arkasında. (f) devrilmesinden sonra 1,5 µm kalınlığında Al katmanı ve bir 1 µm kalınlığında PECVD SiO2 kat tekledi. (g) desenlendirme ICP işlemiyle 1,5 µm kalınlığında Al katmanı ve bir RIE kullanarak 1 µm kalınlığında SiO2 kat işlem. (h) desenlendirme 14 µm kalınlığında SiO2 katman bir RIE işlemiyle gofret cephesinde yatırılır. (Ben) desenlendirme 5000 Å-kalın SiO2 katman ve 2.000 Å-kalın Si3N4 katmanlı bir RIE kullanarak işlem. (j) silikon substrat 450 DRIE µm gofret arkasından. (k) Al elektrotlar ve Dielektrik ayağı yanağında SiO2 tabakasının ıslak-gravür. (l) silikon substrat DRIE işlem aracılığıyla önden nüfuz. Şemaları çizilmez Not ölçek. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig4.jpg"> 
Şekil 4: iyonları tuzağa düşürmek için kullanılan ayarla DC gerilimi örneği. İç raylar için uygulanan gerilim asimetrik elektrik alanının toplam potansiyel transvers düzlemde asıl eksenlerini yatırmak için yatay yönde telafi edebilirsiniz. Gerilim set tarafından oluşturulan Aksiyel tuzak frekans 550 kHz yapıldı. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Ether.Within-sayfa = "1" ><img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2.jpg"> 
Şekil 5: optik kurulumunun şematik. Üç diyot lazerler bindirme konumunda üst üste hizalanır. UHV odası gömme viewport görüntüleme lens yerleştirilmesini sağlayan çip mümkün olduğunca yakın yüzey. Bir flip-ayna yerleştirilen görüntü objektif ve EMCCD arasında ya da bir foton çarpılır tüp (PMT) kullanarak iyon Floresans seçici izlenmesi için izin verir veya bir EMCCD. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig6.jpg"> 
Şekil 6: inşa optik kurulum görüntülerini. (bir) A bobin dejenere enerji düzeyleri iterbiyum iyonlar zarar verebilir bir manyetik alan oluşturmak için odası açık görüntüleme çerçevesinin yara. (b) 399 direksiyon için optik kurulum nm ve 935 nm kirişler. Kırmızı ve yeşil çizgiler 935 ışık yolunu gösterir nm ve 399 nm lazerler, anılan sıraya göre. (c) yapılandırmasını görüntüleme sistemi, flip-ayna, görüntüleme lens, EMCCD ve ödeme de dahil olmak üzere Kapana kısılmış iyonları yayılan Floresans yolu flip-ayna tarafından belirlenebilir. Yeşil ve beyaz okları Floresans yolunu EMCCD ve Devresel ödeme, sırasıyla izlenmekte belirtiniz. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig7.jpg"> 
Şekil 7: yüzey iyon kapanı sonuçlarını imalat. (bir) çip düzeni genel bakış. (b) birden çok dış DC elektrotlar gösterir çip düzeninin büyütülmüş görüntüsü. (c) yükleme yuvası gösterir çip düzeninin büyütülmüş görüntüsü. (d) bir kesit görünümünü yükleme yuvası delici önce bindirme bölge. (e) bir kesit görünümü yükleme yuvası Penetran sonra bindirme bölgesinin. (f) A oksit sütun kesit görünümü büyütülmüş. Oksit ayağı duvarlar pürüzlü ve çıkıntı uzunlukları hangi SiO2 ayrı olarak yatırılan 3,5 µm kalınlığında SiO2 katmanları arasında arabirimler de düzgün olmayan etch oranının atfedilir yeterli değildir. (g) A yukarıdan bir DC elektrot tel bağlar ped. (h) A kesit görünümünü bir yolu ile. Oksit sütunlar eğimli profillerine izin ver DC elektrot ve toprak katmanı bağlantısı sırasında dolgu yerine oksit ayağı duvardan Al katmanda birikimi için electroplating bir işlemi ile delik üzerinden. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig8.jpg"> 
Şekil 8: bir EMCCD resim beş 174Yb+ iyonlar kapana microfabricated iyon kapanı çipte. Yüzey tuzak elektrot yapının görüntüsünü ayrı ayrı çekildi ve görüntüleri kapana kısılmış iyon ve elektrotlar netlik için kombine edilmiştir. Yoğunluğu efsane kutusundaki piksellere yalnızca için geçerlidir. Kalın ok 369.5 nm lazer ışını yolunu gösterir ve ince oklar x - ve z-bileşenleri foton momentum temsil eder. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig9.jpg"> 
Şekil 9: bir doğrusal zincir içinde kapana kısılmış iyonları Aksiyel potansiyelini düzeltilmesi. (bir) yedi iyonları kapanın ortasına. (b) iyonları shuttled onlarca mikrometre vardı. (c) iyon dize eksenel yönde sıkılmış. Bu rakam en iyi ayrı olarak yüklenen bir film görülüyor. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig9large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig10.jpg"> 
Şekil 10: Rabi salınım arasında deneysel sonuçlar | 0 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> ve | 1 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> Birleşik. | 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 2S1/2olarak tanımladığınız | F = 0, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 171Yb+ iyon devlet ve | 1<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 2S1/2olarak tanımladığınız | F = 1, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> devlet. Rabi salınım 12.6428-GHz mikrodalga tarafından indüklenen. Bloch küreler arsa üzerinde farklı zamanlarda ilgili kuantum Birleşik göster. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig10large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Ek belge: <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/jove-56060_Supplementary_Document.pdf" target="_blank">Bu belgeyi karşıdan yüklemek için buraya tıklayınız.</a>

Bu kağıt yüzey iyon tuzakları için bir microfabrication metodoloji yanı sıra ayrıntılı deneysel yönerge bindirme iterbiyum iyonları için bir oda sıcaklık ortamında sunar.

Microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

Bu prosedürün genel amacı, mikro-fabrikasyonla üretilmiş bir çip içeren, ytterbiyum iyonlarını hapsetmek için kullanılan deneysel bir düzeneği hazırlamak ve göstermektir. İyon tuzağı teknolojisi, kuantum bilgi işlemenin fiziksel uygulamaları için önde gelen adaylardan biri olarak değerlendirilmektedir. Bu prosedür, hem bir tuzak çipinin mikro-fabrikasyonuna yönelik detaylı protokolleri hem de mikro-fabrikasyonla üretilen tuzak çipini kullanarak iyonları hapsetmek için deneysel bir düzeneğin nasıl kurulacağına dair bilgileri sunmaktadır.Mikro-fabrikasyon teknolojisi ile geliştirilen iyon tuzağı sistemleri, kuantum bilgi işleme ve kuantum hesaplama için büyük potansiyel sunmaktadır. Burada sunulan protokoller, fabrikasyon süreci ve iyon tuzağı deneylerinin kurulumu boyunca rehberlik edecektir. Lazerler, görüntüleme sistemleri, vakum odası, elektronikler ve mikro-fabrikasyon gibi çeşitli bileşenlerin koordinasyonunu gerektirmesi nedeniyle, bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi kritik öneme sahiptir.Deneyi gerçekleştirmek için öncelikle yüzey iyon tuzağı çipinin üretilmesi gerekir. Bu, bu gösterimde kullanılan bir taşıyıcıya monte edilmiş bir çip örneğidir. Çipin özellikleri bu şemada gösterilmiştir; burada nötr atomların içeri aktarıldığı bir yükleme yuvası bulunmaktadır.Yükleme slotunun her iki yanında, iyonları slota dik yönlerde hapsetmek için radyo frekans elektrotları bulunur. Dış elektrotlardaki DC voltajlar, iyonları bu slot boyunca hapseder. İç elektrotlardaki DC voltajlar ise toplam potansiyelin ana ekseninin eğilmesine yardımcı olur.Deney için, paketlenmiş çipi ultra yüksek vakumlu bir hazneye yerleştirin. Bu durumda çip, küresel bir oktagon haznenin merkezinde bulunur. Ultra yüksek vakum sisteminin bileşenleri bu şematik genel bakışta gösterilmiştir.İyon pompası ve evaporatif olmayan getir, 3 x 10⁻¹¹ Torr'un altındaki basınç değerlerine ulaşabilir. Küresel oktagon, içerisinde ytterbiyum atomlarının bulunduğu bir fırın içerir. Küresel oktagon, nihai optik düzenek şemasının merkezinde gösterilmiştir.Mikro-fabrikasyonla üretilmiş çip, sekizgenin merkezinde yer almaktadır. Geçiş yolları, sekizgenin fırını içindeki çip elektrotlarına elektriksel bağlantılar yapılmasını sağlar. Optik elemanlar, üç diyot lazerin ürettiği ışınların hapsetme konumunda örtüşeceği şekilde düzenlenmiştir.Küresel sekizgen içindeki gömme bir görüntüleme penceresi, görüntüleme lensinin çip yüzeyine yakın olmasına olanak tanır. Elektron çarpanlı bir CCD kamera ile çipin yüzeyini görüntüleyin. Çok kanallı kabloları bir dijital-analog dönüştürücüye bağlayın.Çok kanallı kabloların diğer ucunu küresel oktagonun geçiş noktalarına bağlayın. Ayrıca, helisel bir rezonatöre uygun geçiş bağlantılarını yapın. Ardından, rezonatör, bir spektrum analizör ve bir yönlü kuplör ile çalışın.RF jeneratörünün çıkışını, yönlü kuplörün çıkışına bağlayın. Ardından, rezonatörün girişini yönlü kuplörün giriş portuna bağlayın. İleri yönlü kuplör portunu, spektrum analizörünün RF girişine bağlayın.Ters kuplajlı portu 50 ohm'luk bir dirençle sonlandırın. Şimdi, helisel rezonatör kapağını ayarlamaya hazırlanın. Helisel rezonatör kapağının konumunu belirleyin, ardından yansımanın minimum olduğu frekansı tanımlamak için jeneratör frekanslarını tarayın.Kapak konumunu ayarlayarak rezonatörü optimize etmeye devam edin. Bu sırada, yansıtılan gücün küresel minimum frekansını bulmak için frekans taramasını izleyin. Küresel minimum bulunduğunda, rezonatör kapağının konumunu sabitleyin.Devam etmeden önce RF jeneratörünü kapatın. Devam etmek için tüm lazerlerin yerleştirildiğinden, stabilize edildiğinden ve güvenlik amacıyla bloklandığından emin olun. 369,5 nanometre lazerin bloğunu kaldırın ve ışını kollime edin.Işın, hapsedilmiş çipe doğru yayılmalıdır. Işını çipe paralel ve yüzeyine neredeyse değecek şekilde hizalayın. Hizalamayı test etmek için ışın giriş noktasının karşısında bir ışın kartı kullanın; kart üzerindeki nokta, ışının herhangi bir yüzeyden yansımadığını gösterir.Ardından, bir odaklama lensini bir trasladırma tablasına monte edin. Lensi, ışını çip yüzeyine paralel olacak şekilde, yakalama potansiyelinin yakınına odaklayacak biçimde yerleştirin. Görüntüleme optikleriyle çalışmaya geçin.Bir translasyon tablasına monte edilmiş, yüksek sayısal açıklıklı bir görüntüleme lensi seçin. Bunu, ultra yüksek vakum odalarının içeriye gömülü penceresinin önüne yerleştirin. Bu, görüntüleme lensinin yerleştirildiği düzeneğin şematik görünümüdür.Ardından, çip yüzeyinden bir miktar saçılma olacak şekilde lazer ışınını hizalayın. Işının kısmen engellendiğini doğrulamak için daha önce olduğu gibi bir ışın kartı kullanın. Daha sonra ışın kartını, görüntüleme lensinin görüntü düzleminin yakınına yerleştirin.Görüntüleme lensinin konumunu bir translasyon tablası ile ayarlayın. Yeni konum, saçılan ışığın ışın kartı üzerinde net bir görüntü oluşturmasını sağlamalıdır. Şimdi, lensin görüntüleme düzlemindeki translasyon tablası üzerine bir elektron çarpanlı CCD yerleştirin.Arka plan ışığını engellemek için CCD'nin önüne bir bant geçiren filtre yerleştirin. CCD ve lens kurulumunu kullanarak elektrotlar görünür olmalıdır. Ardından, ışının hapsetme potansiyelinden geçmesi için dikey olarak hizalayın.Ardından ışını izleyin ve tuzak yüzeyine doğru hareket ettirin. Maksimum ışın saçılması, ışın merkezinin çip yüzeyi üzerinde olduğu anlamına gelir. Şimdi, ışını tuzaklama potansiyelinin beklenen yüksekliğine taşımak için lens öteleme tablasını kullanın.Bu ayarlamadan sonra, görüntüleme lensinin ve CCD'nin translasyon aşamalarını aynı mesafe kadar geri hareket ettirin ve konumu kaydedin. Bu, sistemin bu aşamadaki şematik görünümüdür. Işın, beklenen tuzak konumundan geçer.Diğer iki lazerin önündeki engelleri kaldırıp hizalamaya başlayarak işleme devam edin. CCD'nin önündeki bant geçiren filtreyi, 399 nanometrelik bir bant geçiren filtre ile değiştirin. Ardından, elektrotların CCD üzerinde odaklanmasını sağlamak için görüntüleme lensinin ve CCD'nin konumlarını ayarlayın.Kollime edilmiş 399 nanometre ışını, 369,5 nanometre ışınının ters yönünde ilerleyecek ve onunla örtüşecek şekilde vakum odasına girecek biçimde hizalayın. İki ışını odada birlikte ilerleyecek şekilde birleştirmek için bir ayna ve dikroik ayna yerleştirin. Test etmek için, odadan önceki ışın yoluna geçici olarak bir ayna ekleyin ve ışın örtüşmesini bir ışın profilleyici ile kontrol edin.Dikroik ve geçici aynalar arasındaki ışın yoluna, bir translasyon tablası üzerine yerleştirilmiş bir odaklama lensi ekleyin. İki ışının odağını kontrol etmek için ışın profili analizörünü kullanın. Bu durumda, iki lazer olması gerektiği gibi aynı noktaya odaklanmamıştır.Son olarak, lazerleri çakıştırmak için 935 nanometre lazeri hizalayın. Bu işlem tamamlandıktan sonra geçici aynayı kaldırın ve 399 nanometre ışının CCD'de gözlemlenebildiğinden emin olun. Işını dikey olarak beklenen tuzak konumuyla hizalayın ve ardından ışını çipe doğru hareket ettirin.CCD görüntüsünü izleyin ve ışın çip yüzeyine merkezlenmiş durumdayken, saçılan ışığın maksimum yoğunluğu ile ilişkilendirin. Ardından ışını yüzeyden tuzağın beklenen konumuna taşıyın. Bunu, görüntüleme lensini ve CCD'yi aynı mesafe kadar geri çekerek takip edin.Ardından, 399 nanometrelik lazeri uygun ytterbium 174 geçişine yakın bir değere ayarlayın. Ytterbium içeren fırın açılıp akım artırılırken CCD görüntüsünü izleyin. Floresans gözlemi yaparak buharlaşmanın başlangıcını belirlemek için, lazeri ytterbium rezonansı boyunca tararken bu işlemi gerçekleştirin.Floresan hemen öncesindeki güncel değeri kaydedin ve fırını kapatın. İyonları hapsetmek için son hazırlıkları yapın. CCD'deki bant geçiren filtreye dönün ve bunu 369.5 nanometrelik bir bant geçiren filtre ile değiştirin.Ayrıca, 368.5 nanometre odaklama için CCD ve görüntüleme lensi konumlarını ayarlayın. Elektrotları kontrol eden dijital-analog dönüştürücü için voltajları belirleyin. Ardından, helisel rezonatöre bağlı olan RF jeneratörüne geçin.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, hapsetme testini başlatmak için 935 nanometrelik lazeri bir ila iki saniye boyunca kısa süreliğine engelleyin.Tuzağı CCD ile görüntüleyin. Eğer iyonlar yakalanmışsa, saçılma hızı önemli ölçüde düşer ve görüntü belirgin şekilde etkilenir. Bloklamanın görüntü değişiklikleriyle ilişkili olduğunu doğrulamak için lazeri birkaç kez engelleyin.İyonlar hapsedildiğinde fırını kapatın. Elektron çarpanlı CCD görüntülerinden oluşturulan bu kompozit, mikro-fabrikasyonla üretilmiş bir iyon tuzağı çipinde hapsedilmiş beş ytterbium 174 1+ iyonunun konumunu göstermektedir. Hapsedilen iyon sayısı, uygulanan DC voltajları değiştirilerek ayarlanabilir.Hapsedilmiş iyonlarla ilgili bu videoda, iyonlar tuzağın DC voltajları değiştirilerek manipüle edilmektedir. Yüzey iyon tuzaklarının üretimi ve itriyum 174 izotopu iyonlarının hapsedilmesi için gereken protokoller bu videoda sunulmuştur. Bu prosedür, 171 izotopundaki itriyum iyonlarını hapsetmek ve kübik aşamayı manipüle etmek için kolayca genişletilebilir; bu da nihayetinde kuantum bilgi işleme ve kuantum hesaplamaya doğru ilerleme sağlar.

experimental-methods-for-trapping-ions-using-microfabricated-surface

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Bu makalede, hidrodinamik akış dayalı parçacık hapsi mikroakışkan tabanlı bir yöntem mevcut. Biz böylece entegre bir microdevice keyfi parçacıkların hapsi ve mikromanipülasyon sağlayan bir geribildirim kontrol mekanizması kullanılarak bir sıvı durgunluk noktasında kararlı parçacık yakalama göstermektedir.

Tek Parçacıklar için mikroakışkan tabanlı Hidrodinamik Tuzak

Isotachophoresis (ITP) toksini tanıma ve numune hazırlama kadar uygulamaları ile sağlam bir elektrokinetik ayırma ve zenginleştirme tekniktir. Ayırma ve küçük moleküller ve hücre kültürü lizatı nükleik asitlerin saflaştırılması tespiti: Biz ITP fiziksel prensipleri ve iki özel örnek uygulamalar için bu tekniği uygulayarak metodolojisi gözden geçirin.

İyonların ayrılması ve Nükleik Asit Saflaştırılması için on-chip Isotachophoresis

Dielektrik düşük güç optik hapsi aşağıdaki kurulum yaklaşımı ayrıntıları metal film bir çift nanohole kullanarak nanopartiküller.

Nanopartiküllerin Optik Yakalama

Yüzeylere kitle seçilmiş iyonları yumuşak iniş yeni malzemelerin son derece kontrollü hazırlanması için güçlü bir yaklaşımdır. Yerinde ikincil iyon kütle spektrometresi (SIMS) ve infrared yansıma absorpsiyon spektroskopisi (IRRAS) Yazan analizi ile birleştiğinde, yumuşak iniş yüzeyler ile iyi tanımlanmış türlerin etkileşimleri içine görülmemiş anlayışlar sağlar.

Kütle-Seçilen İyonlar Yumuşak İniş Hazırlayan İyi tanımlanmış Yüzeyler Yerinde SIMS ve IR spektroskopisi

Hücre zarlarındaki taşıyıcılar, iyonların hücre zarları veya hücre katmanları boyunca diferansiyel ayrışmasına izin verir ve doku fizyolojisi, onarımı ve patolojisi sırasında çok önemli roller oynar. Tek hücrelerde ve dokularda spesifik iyon akışlarının in vivo olarak ölçülmesine izin veren iyon seçici kendinden referanslı mikroelektrotu açıklıyoruz.

İyon seçici Kendinden referans Mikroelektrod Tekniği Ekstraselüler Ion eriticiler Ölçümü

Burada, polidimetilsiloksandan (PDMS) yapılmış çift katmanlı bir mikroakışkan sistemin imalatını ve çalışmasını açıklıyoruz. Bu cihazın, kristalin bir moleküler malzemenin koordinasyon yolunu yakalama, yönlendirme ve çip üzerinde hapsolmuş yapılar üzerindeki kimyasal reaksiyonları kontrol etme potansiyelini gösteriyoruz.

Mikroakışkan Pnömatik Kafesler: Bir In-yonga Kristal Bindirme, Manipülasyon için Yeni Yaklaşım ve Kontrollü Kimyasal Arıtma

Seçilen dielektrik mikropartiküllerin havada fırlatılması ve kararlı bir şekilde yakalanması için bir protokol sunulmaktadır.

Havada Dielektrik mikropartiküllerin Optik Tuzak Yükleme

plasmonik cımbız katılan bir mikroçip üretim süreci burada sunulmuştur. Mikroçip maksimum sıkıştırma kuvvetinin ölçülmesi için bir tuzak parçacığın görüntülenmesine olanak sağlar.

Bir İzleme Ortamında plasmonik Yakalama ve Nanopartiküller Yayın

ne olursa olsun çalışma koşulları, ICP bölgenin ilerlemesini durdurabilir yeni bir iyon konsantrasyon kutuplaşma (ICP) platformu için protokol açıklanmıştır. Platformun bu sağlıyor ICP olgusunun iki polarizasyona olan iyon tükenmesi ve zenginleştirme, birleştirme kullanılması yatmaktadır.

Yan yana İyon Değişimi Membranlar arasında İyon Konsantrasyon Polarizasyon birleştirme Polarizasyon Bölgesi İlerlemesinin yasakla

Bu protokol, canlı beyinlerin hücre dışı alanının (ECS) fiziksel parametrelerini ölçen bir yöntem olan gerçek zamanlı iyontoforez'i tanımlamaktadır. ECS hacim fraksiyonunu ve kıvırcıklığı hesaplamak için, ECS'ye salınan atıl bir molekülün difüzyonu kullanılır. Beyindeki ECS'de akut geri dönüşümlü değişikliklerin incelenmesi için idealdir.

Beyin Ekstraselüler Alanının Hacim Fraksiyonu ve Kıvrımını Nicelleştirmek için Tetrametilamonyum ile Gerçek Zamanlı İyontoforez

Bu makale, dinamik, tekne şeklinde fotoforetik bir tuzak kullanarak havada büyük metalik parçacıkların uzun süreli, stabil tuzaklanması ve hassas konumlandırılması için deneysel yöntemi tanımlar. Bu sistem, plazmonik etkileşim çalışmaları için uygun kontrollü manipülasyonu mümkün kılar.

Doğrudan çekilen yan duvarlara sahip bir &#39;tekne&#39; tuzağı kullanarak havada büyük metal parçacıkların optik olarak hapsedilmesi

Öğrenin yüzey iyon tuzakları için mikrofabrikasyon yöntemlerini ve oda sıcaklığında ytterbiyum iyonlarını tuzağa alma protokollerini. Bu teknik kuantum bilgi işleme uygulamaları için güvenilir bir temel sunar.

Microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey

Daha fazla video keşfet