M Squared Ti：市販のコンパクトイオントラップ量子コンピューターシステムに適用されたサファイアレーザー
オーストリアのインスブルック大学とAlpineQuantum Technologies（AQT）のRainer Blatt研究グループは、今年6月17日にジャーナルPhysics Review XQuantumにコンパクトイオントラップ量子コンピューティングデモンストレーターの記事を公開しました。 この記事は、研究グループと同社が共同開発したコンパクトイオントラップ量子コンピューター実証システムの最新の研究成果を示し、このシステムが世界をリードするレベルのイオントラップ量子コンピューター技術であると主張しています。
R.ブラットは、イオントラップ量子情報処理分野のパイオニアの一人であり、彼の研究グループは20年以上この分野に携わっています。 AQTは、R。Blatt、博士課程の学生であるThomas Monz、有名な物理学者のPeterZollerによって設立されたイオントラップ量子コンピューティングを専門とするテクノロジー企業です。 R. Blatt研究グループは、長年AQTと協力しており、トラップ型イオン（AQTION）を使用した高度な量子計算の構築に取り組んでいます。
https://www.htrlaser.com/product-p2595282.html
イオントラップ実験システム
この記事で紹介するデモンストレーターシステムは、巨大な実験室プラットフォームからのイオントラップ実験システムを2つの19インチサーバーキャビネットに統合します。このモジュラー量子コンピューティングシステムには、イオントラップとその真空システム、電子回路制御システム、レーザーシステムが含まれます。システム全体の最も重要な部分として、レーザーシステムは、イオン化、トラップ、冷却、検出、およびイオンのコヒーレント動作のための安定した光源を提供します。通常、レーザーシステムは実験室プラットフォームのほとんどのスペースを占めます。AQTの研究者は、システムのパフォーマンス、すべてのレーザー光源、周波数安定性、高速光学系のパフォーマンスが失われないことを前提として、繊細な設計を行っています。スイッチが挿入されています。2つの小さなキャビネットにあります。本日ご紹介する主な目的は、729nm超安定レーザーシステムです。
デモ機のモジュールレイアウト。光キャビネットには、主にほとんどのインコヒーレント光源と729nmコヒーレント光源、および光ファイバー分配と光スイッチモジュールが含まれています。イオントラップキャビネットには、イオントラップとトラップへの光路が含まれています。 2つのキャビネットは光ファイバーで接続されています。両方のキャビネットは、優れた機械的および温度安定性を備えており、システム全体のパフォーマンスを保証します。
星観察レーザーポインター
R. Blatt研究グループは、20年以上前にCaイオン量子コンピューティングプラットフォームの開発に取り組んできました。現在、研究グループは、DiVincenzoの5つの大規模サブ計算基準の物理的実現を完了しています。 AQTデモンストレーションマシンシステムも、キュービットのキャリアとしてCa40イオンを使用し、光キュービットがキュービットのタイプとして選択されます。 Ca40イオンには、1秒以上の寿命を持つ2つの準安定エネルギーレベルD5 / 2とD3 / 2があります。通常、キュービットの1状態は、D5 / 2状態の特定のZeemanレベルと見なされ、0状態が取得されます。イオンとして基底状態S1 / 2の特定のZeemanレベル。波長729nmのレーザーを使用することで、量子状態のコヒーレント動作を実現し、シングルキュービットゲートとダブルキュービットゲートをさらに実現します。動作中にキュービットがコヒーレンスを失わないようにするために、729レーザーは優れた周波数安定性を備えている必要があります。つまり、729レーザーは非常に狭い線幅を備えている必要があります。 SからDへの遷移は電気的四重極遷移であるため、自然な線幅はわずか136mHzであり、数百のオーダーのキュービットのコヒーレンス時間を取得するには、729レーザーの線幅をHzのオーダーに狭くする必要があります。 MS。したがって、729超安定レーザーシステムは、Caイオントラップシステムで重要な役割を果たします。
Ca40イオンをベースにした光量子ビットソリューション。 S1 / 2状態からP1 / 2状態への電気双極子遷移はドップラー冷却と蛍光検出に使用され、S1 / 2状態からD5 / 2状態への電気双極子遷移は側波帯冷却に使用されます。状態の準備とコヒーレント操作。コヒーレント動作に必要な729nmレーザーは、Hzのオーダーのレーザー線幅を持っている必要があります。
イオントラップシステムで使用されるM二乗レーザー
R. Blatt研究グループは、Hzレベルのレーザー周波数安定化技術を習得しています。 10年以上前、研究チームは主に他の旧世代のリングキャビティTi：Sapphireレーザーを使用して、超安定な729レーザーを製造していました。近年、旧世代の単一周波数Ti：Sapphireレーザー製品は、技術的な更新が不十分であり、信頼性が要件を満たすのが困難です。同時に、新しく設計された単一周波数Ti：Sapphireレーザーの優れた性能により、英国のMSquaredから、研究チームはMSquaredに向けられたサプライヤーの超安定な729レーザー光源になります。
AQTのデモンストレーションシステムの729光源は、M SquaredのSolsTiS単一周波数調整可能Ti：Sapphireレーザーを使用しています。他のTi：Sapphireレーザーと同様に、このレーザーは532nmの緑色光源（M Squared Equinoxなど）を使用してTi3 +：Al2O3結晶を励起し、さまざまな周波数選択要素を使用して、高スペクトルの基本モードガウスレーザービームを取得します。純度。これに基づいて、SolsTiSレーザーは、高度な広帯域光学コンポーネントを使用してレーザーに非常に広いチューニング範囲（700〜1000 nm）を提供し、超安定した機械的および光学的設計を使用して、レーザーの自走線幅（50kHz）を非常に低くします。パワージッターが非常に低い（0.075％RMS）ため、Caイオントラップ729nmメインレーザー光源として非常に適しています。
R. Blatt研究グループは、SolsTiSに基づくレーザー周波数安定化スキームを開発しました。 SolsTiSのレーザーリングキャビティ内の1つのキャビティミラーには、高速圧電セラミックと低速圧電セラミックが取り付けられています。高速圧電セラミックの共振周波数は105kHzで、レーザー線幅を狭くするために使用されます。低速圧電セラミックの周波数は高くなります。レーザーの中心周波数を維持するために使用される調整範囲。研究チームは、超高精度の超安定キャビティとPDH周波数ロック方式を使用しました。SolsTiS独自のフィードバックチャネルのみを使用すると、レーザーの線幅を30Hzのオーダーに狭めることができます。これは、SolsTiSの自由度が非常に低いためです。 -高速圧電セラミックによって提供されるランニングライン幅と高フィードバック帯域幅。研究者たちは、フィードバックを高速化するために超安定レーザーにAOMを追加し、最終的にレーザーの線幅を3.6Hzに狭めました。この超安定レーザーと高度な磁気シールドシステムを使用して、AQTデモンストレーターは、Caイオン光量子ビットのコヒーレンス時間を数百ミリ秒のオーダーに延長し、2ビットゲートに必要な時間を数十マイクロ秒に短縮できます。同時に99.7を取得します。％忠実度。このような条件下では、デモンストレーターは、数万の2ビットゲートを含む量子回路の量子操作をサポートするのに十分です。さらに、デモンストレーターは2つの完全に異なる構成（ファイバーアレイとAOD）を使用して、729レーザーの単一イオンアドレス指定を実現し、最大99％の単一イオンアドレス指定2ビットゲート忠実度を維持します。
R. Blattグループは、729超安定レーザー光源としてM Squared SolsTiS Ti：Sapphireレーザーを使用しました。その周波数ロック方式は、SolsTiSの高速圧電セラミックと追加のAOMを利用しており、多段フィードバックにより、最終的に3.6Hzのレーザー線幅が得られます。
MSquaredレーザー製品の幅広い用途
M Squaredレーザー製品のシニアユーザーとして、オーストリアのR. Blatt研究グループとAQT社は、SolsTiSに基づいた超安定レーザー周波数ロック方式を開発しました。これは、多くの実験グループでも研究および使用されています。別の世界をリードするイオントラップ量子コンピューティング研究グループとして、オックスフォード大学のD. Lucas研究グループも、Ca43およびSr88イオントラップ実験システムにSolsTiSやECD-Xなどの多数のレーザー製品を使用しています。近年、中国でのM Squaredのレーザー製品の急速な普及に伴い、多くの量子情報実験研究グループがSolsTiSなどの製品を購入して使用し、多くの重要な実験を完了しています。