一、离子阱中量子逻辑门的实现（论文文献综述）
王战[1]（2021）在《基于超导量子比特芯片的测控与量子模拟》文中认为量子计算被认为是新一代信息处理技术。利用量子态的叠加与纠缠性质,量子计算在处理某些问题上有具有经典计算无法比拟的优势。构成量子计算系统的基本单元是量子比特（qubit）。在过去的几十年中,人们对可用于实现量子计算的多种物理系统（如离子阱,量子点,核自旋,氮空位色心,冷原子等）进行了大量研究,取得了长足的进步。为了实现可实用化的量子计算系统,量子比特的可扩展性尤为重要。在这方面,超导量子系统被认为是最有前途的候选系统之一。在超导量子系统中,量子比特的制备工艺与半导体制备工艺相通,参数可调范围大,赋予了设计量子芯片极大的灵活性。二十多年来,超导量子计算发展迅速,国内外许多科研机构与知名科技商业公司相继加入相关研究,实现了从单量子比特到几十个量子比特发展,在特定的算法上已经显示了相对于经典计算的量子优势。当然超导量子比特研究道路上还有很多有待解决的问题,比如怎么实现更好的比特退相干,更精确的比特门操控,更大的比特集成数目,更小的比特间串扰,更多比特的操控能力等。本论文主要介绍本人在博士研究生期间从事的量子比特测控与量子模拟方面的研究以及所取得的相关成果。论文第一章主要介绍量子计算的发展历史、超导量子比特基本理论知识与相关测量与控制的原理。第二章主要介绍在博士期间参与构建的一套量子比特测控的硬件与软件系统。在硬件方面,参与研制了用于多比特测控的电子学硬件系统,该系统具有延迟时间短、集成性好、可扩展性强、体积小、以及使用灵活等特点。利用FPGA,编写了片上算法,实现了信号快速解调和波形输出。经测试,反馈延迟为178.4ns,可用于量子反馈的相关研究工作。在软件方面,开发了一套基于Python3语言的多比特测控软件。此软件遵从多个设计原则,能够较好地满足量子比特芯片测控的各个需求,已经用于多个量子模拟实验中。第三章主要介绍了一些量子比特测控技术,包括:量子比特各个参数的表征,实验不理想过程的校准,以及一些基本优化工作。利用建立的硬软件测控系统,进行了大量超导比特、谐振腔、约瑟夫森参量放大器等样品的表征,支持了器件制备工艺的持续优化与改进,促进了量子比特退相干的提升。此外,也探究了三种动力学解耦方法对量子比特相位退相干的抑制。结果显示最优化方法能使相位退相干时间接近能量弛豫时间2倍,接近理论极限。具有宇称时间反演对称性（即PT对称性）的非厄米系统具有很多新奇性质,是当前研究的一个重要课题,相关研究可能用于量子精密测量。本论文第四章描述了我利用参量调制方法在超导量子比特中实现PT对称相变观测的工作。首先,实验上验证了用参量调制的方法可以实现比特与读出腔之间的可控耦合,对能级耗散进行调节。随后,改变相关参数,实验上观察到PT对称破缺相变,并用两种方法确定相变点（即EP点）位置。最后,通过调节耗散大小,展示了EP点位置与耗散的关系。实验中,测得的实验结果与理论预期基本符合。参量调制调节耗散观测EP点的方法,不需要增加额外硬件,也不需重新设计器件,有利于应用在多比特器件中,探索非厄密体系的各个性质。第五章内容为在一维10量子比特系统中实现Z2格点规范场的量子模拟工作。我首先对量子比特的各个参数进行了标定,并对一些不理想的因素进行了校准及优化。在此基础上,,考虑串扰和读取等多个因素,选择好实验工作点,最后实现了整个有效格点规范哈密顿量的演化。在实验上观察到理论预言的非局域与局域现象,测量得到的规范不变算子的数值也与理论预期结果一致。最后,在第六章中,我对博士期间工作进行了总结,并对量子计算测控以后的工作进行了展望。
贺冉[2]（2021）在《高通光离子阱的搭建和应用》文中研究表明冷原子系统,包括中性原子、囚禁离子、以及冷原子-离子混合系统是实现大规模量子模拟和量子计算的理想系统。激光控制技术在该系统中被广泛地用于冷却、囚禁和操作微观粒子,这已成为当代原子、分子和光学（AMO）领域中最基础、最重要的控制手段。对于离子阱,尤其是包含多种粒子的混合离子阱来说,系统的通光性能需要尽可能地优化,才能为扩展这些光学操作手段提供充足的空间。其中,可编程光镊阵列是一个强大的光学工具,与离子阱的结合尤为迫切。近十几年来,在冷原子系统和分子系统中,光镊已被广泛使用。光镊是一种高度汇聚的远失谐的偶极阱,其光斑半径可以汇聚到几个微米。使用一个高数值孔径的物镜以及一个声光衍射器即可实现可编程的光镊阵列,用于单原子或单离子的寻址。在离子阱中使用光镊具有重要意义。首先,使用光镊束缚离子替代射频电场,能够解决由于射频场固有的微运动带来的问题。第二,使用光镊束缚单个冷原子与电场囚禁的离子相互作用,可以实现低温下的可控的量子化学反应,为相干化学的全量子控制开辟道路。第三,在一维或二维长离子晶体中,使用光镊能够调制离子的局域运动模式,有利于解决离子阱系统中的可扩展问题和并行性问题。但是,光镊要求一个高的数值孔径的物镜和通光窗口,这对于已经复杂的离子阱光路和稀缺的高通光孔径来说是一个挑战。对于当前的大多数离子阱来说,无法同时实现高度汇聚的拉曼光独立寻址,可编程光镊阵列,和高效的荧光收集三种要求。当前的离子阱系统主要使用大体积的金属真空腔,这极大地限制了系统的通光性能。因此,为了解决这个问题,本博士论文主要介绍一种具备高通光性的离子阱系统的设计、搭建、测试及应用。我们设计并搭建了一个新型高通光离子阱,将紧凑的刀片式离子阱与玻璃真空腔相结合。离子阱中心距离四个腔壁只有15mm,能够同时满足四个高数值孔径（NA）物镜的使用,其中两个物镜NA≤0.32,另外两个NA≤0.66,并具备充足的斜入射通光角度。高NA的物镜能够将激光光斑直径汇聚到2μm以下,能够用于光偶极阱、单离子寻址、量子态操作,并能够实现荧光收集。五段式的电极结构能够实现离子运动状态的精确调控。使用激光剥蚀和离子化,我们成功囚禁并冷却了一维174Yb+和171Yb+离子晶体,证明该阱可以稳定地工作。本文详细地介绍了该装置的结构设计和加工方法,并使用数值模拟和实验测量表征该装置的整体性能。这种紧凑的高通光离子阱能够将离子阱、光镊技术、中性冷原子集成到一个系统中,不仅可以作为一个可扩展模块用于量子信息处理,还有助于在混合系统中进行量子化学的实验研究。我们利用单个囚禁离子作为量子模拟器,使用Floquet方法在实验上定位到了黎曼函数的第一个零点和波利亚函数的前两个零点。在恰当的周期性驱动函数控制下,这些函数零点的出现与Floquet系统两个准能量的简并点相关联,并在实验上对应系统演化的冻结。多个周期性的驱动对系统提出了严格要求,依赖离子阱的长相干时间和高保真度的操作和读取精度,黎曼函数第一个零点的测量值为14.3±0.1,十分接近实际值14.1347。我们的工作实现了首次在量子系统中测量黎曼零点的实验研究,为寻找黎曼函数和量子系统之间的关联提供新的思路。
晁思嘉[3]（2020）在《铝离子量子逻辑光频标的实现及系统误差评估》文中指出近年来,光频标的稳定度和不确定度均已超越作为时间频率基准的铯喷泉钟,有望成为下一代的时间频率基准。27Al+离子的1S0-3P0钟跃迁的品质因子高达2×1017,自然线宽仅有8mHz,对于电场和磁场的抖动不敏感,具有极低的电四极频移,较小的Zeeman频移和黑体辐射频移等特点,是高精度光频标的候选体系之一。本论文选择40Ca+离子作为辅助离子对27Al+离子进行协同冷却和量子逻辑谱读出,实现了铝离子量子逻辑光频标的钟跃迁的闭环锁定和系统误差评估。具体内容包括以下几个部分:1、设计并实现了一套全新的满足40Ca+-27Al+离子对进行协同冷却的光频标物理系统。通过离子阱的设计提高了射频驱动频率,改善了离子囚禁的稳定性,同时利用伺服反馈进行射频功率稳定来减小离子的宏运动频移的测量误差。除此之外,设计真空系统提高真空度,使囚禁27Al+离子的寿命达到1小时以上。2、首次采用低磁敏感度的40Ca+离子S1/2（mf=-1/2）→D5/2（mf=-1/2）跃迁谱线进行量子逻辑传态,结合精密磁场补偿方案,系统相干时间达到至1ms,满足实验需求。3、采用量子逻辑谱技术将27Al+离子1S0-3P0钟跃迁信息传递至40Ca+离子S1/2-D5/2跃迁上,通过优化量子非破坏性测量时序,提高了读出保真度,将27Al+离子钟跃迁谱线线宽压窄到30Hz。4、利用“四点锁定”方案实现了 27Al+离子钟跃迁谱线的闭环锁定。在此基础上,利用实验测量的相关参数对所建立的光频标系统进行了系统误差评估,不确定度达到8.5×10-18。
杨晓东[4]（2020）在《基于核磁共振体系的闭环学习控制研究及应用》文中研究指明量子力学的诞生堪称是人类科学史上最伟大的革命之一,它彻底改变了人们对微观世界的认知,推动了包括物理学、化学、信息科学等在内的多学科的发展,也催生了诸如激光、核能、半导体等一系列变革性的技术。随着信息科学的建立和人们对量子系统操控技术的成熟,人们不再满足于仅仅依靠观察量子现象来认知量子理论,而是尝试建造直接由量子力学理论支配的量子器件,从而带给我们超越经典技术极限的前所未有的技术变革。由此发展起来的所谓的量子技术,包括量子计算、量子度量、量子模拟、量子通讯等,已经取得了一定程度的进展,然而也面临着巨大的挑战。量子系统由于其脆弱的量子特性、测量的不确定性等使得它极易受到周围环境等影响,同时随着系统维度的增大,指数增长的复杂度也会使得量子优越性的保持更加困难。研究如何在有噪声和误差的系统中保持量子特性并实现高质量的量子控制,是实现上述量子技术的核心。为此,人们发展出多种方法来应对环境中的各种扰动因素,从而高效、精确地实现控制目标。闭环学习控制是其中一种简洁方便、适用范围广的方法。早期,闭环学习控制被广泛应用于量子化学实验中。目前,闭环学习控制在量子技术中的研究和应用主要集中在高保真度量子态、量子门等任务的完成上。然而,由于量子技术中人们对控制目标精度和鲁棒性的更高要求,闭环学习控制也面临着学习算法效率低、控制目标评估难度大等问题。在这样的研究背景下,本论文围绕着闭环学习控制这一方法,详细阐述了作者将其应用在量子计算、量子控制和量子度量等方面的研究工作。主要包括以下三个方面:1.提出了一种改进的微分进化算法,并将它成功应用于Bell态和CNOT门制备的量子控制任务中,实现了超越传统方法的精度和鲁棒性;提出了一种能够在实验中有效地测量梯度的闭环梯度算法,并将它成功应用于高保真度七相干态的实验制备,为多比特量子系统的精确控制提供了一种有潜力的方法。2.使用微分进化算法和脉冲光滑技术,设计了一种优化绝热路径的方法,并在典型的绝热量子计算问题中与传统方法进行了对比,结果表明该方法具有明显的优势,有望应用于更复杂和更实际的绝热量子计算问题中。3.提出了一种基于闭环学习控制的实用化量子度量探针态优化方法,并以自旋链模型中相位估计为例,进行了数值模拟和实验验证。该方法具有可扩展性,避免了传统探针态设计方法的指数级资源消耗,能够自适应地包含实验中的噪声,因而是自动化设计探针态的极佳选择。这些研究加深了我们对闭环学习控制在多种量子控制问题中表现的认知,有助于进一步提升闭环学习控制的效率,从而将其应用到系统规模更大、复杂度更高的量子技术控制任务中。相信随着闭环学习控制及其他控制方法的发展,我们终将实现预期的各种量子技术,从而为人类社会带来更伟大的生产和生活变革。
张鑫方[5]（2020）在《表面电极离子阱的设计、制备与系统优化》文中提出离子具有相干时间长、保真度高等优点,因此囚禁离子系统是实现量子计算、量子模拟以及精密测量的重要平台之一。囚禁离子系统的规模化与集成化是近年来研究的热点。表面电极离子阱是解决这一问题的主要平台之一,但其研究还处于探索阶段。本文主要研究了表面电极离子阱的优化设计、离子阱的制备及囚禁离子系统的优化。主要内容与创新点如下:1、设计了具有装载区、操作区与传输区的多功能表面电极离子阱。提出了径向双势阱来作为操作区,可实现囚禁离子运动主轴旋转和量子比特扩展,有效地降低了激光有效冷却离子的难度。独立的装载区可减少装载离子过程中对操作区的污染。为了实现装载区与操作区之间的输运,提出了V型结连接电极,并利用多目标函数与蚁群算法对其进行了优化。设计了多功能表面电极离子阱,在研究量子比特扩展和基于离子的spin-spin相互作用以及离子间的协同冷却,具备很大的应用前景。2、提出了一种制备截面为倒梯形结构的厚膜表面电极离子阱方法。在湿法刻蚀过程,灵活利用原电池效应延长电极间隙长度,有效地将电极间击穿电压由350V提升为到1000V以上。与多层电极离子阱相比,不仅大大简化了制备过程,同时也减少了制备过程中的污染,提高了表面电极离子阱芯片的质量。3、成功抑制了表面电极离子阱的异常加热,延长了囚禁离子的寿命。其中,通过降低电极表面粗糙度来减小对离子的加热率,使离子囚禁寿命延长了5倍数;用等离子体清洗表面电极离子阱。使离子的囚禁寿命延长3倍,测得离子的加热率为0.75（?）/ms。另外,还提出了一种便捷、实时监测阱电极表面污染程度的方法,给出了阱表面污染过程的物理图像,为表征阱表面污染程度和清洗效果提供了一种直接有效的途径。4、实现了离子的分离、合并与输运。通过反向求解电极电压与反馈控制相结合,抑制杂散电场,实现了在非简谐阱中等间距离子串的囚禁和离子晶体的结构相变。此外,采用双束激光脉冲扫描共振跃迁谱,获得了更高精度的离子中心共振频率,提高了表面电极离子阱的测试精度,实现了离子阱实验系统的有效优化。
车煌[6]（2019）在《基于量子逻辑技术的镁—铝离子光频标钟跃迁探测》文中研究指明随着科学技术的发展,人们对时间的认识不断加深,狭义相对论更将时间的概念提到新的维度,同时对时间精度的要求越来越高。从恒星日到石英晶振,再到铯原子微波钟,人类对于秒定义的相对不确定度已经达到10-16,足以观测到相对论效应,并广泛应用于基础物理和现代工业。此外,秒定义的精度是所有物理单位最高的。得益于时间频率的转换t=1/f,科学家通过对频率的高精度测量转换为对时间的高精度测量,同时频率测量特有的高精度也可以衍生到电流、电压、长度的标定,从而提高其他基本单位的精度。另一方面,科学家早已不满足于频率标准10-16的相对不确定度,开始研究更高精度的频率标准,成功实现了多种元素的原子、离子光钟,目前已有10-19量级的光钟问世,为下一代秒定义打下基础。课题组在此背景下,基于铝离子光钟对黑体辐射不敏感的天然优越性,开展了基于量子逻辑技术的镁-铝离子光频标系统研究。实现了相应的关键技术,完成超高真空度（10-8 Pa）的真空系统、荧光采集系统、光路系统搭建,采用双光子离化的方式成功离化镁原子,同时囚禁镁单离子。本人博士课题是在此实验基础上,进行镁-铝离子光频标钟跃迁探测工作,主要包括以下三个方面:1、设计了新型离子阱结构。保证0.2%的整体荧光采集率,同时实验上测量离子感受的加热率为2.3（4）phonon/s。2、提出了高效的拉曼边带冷却方案。采用二阶和一阶拉曼边带冷却相结合的方式,通过拉曼边带冷却,3 ms时间内将镁离子从多普勒极限温度1 mK、平均振动量子数n=17（3）冷却到n=0.01（1）,对应温度为77 μK。3、在激光和原子相互作用的理论基础上,构建了铝离子速率方程模拟体系,模拟了铝离子态制备的过程。实验上将镁-铝双离子拉曼边带冷却到振动基态,质心模平均振动量子数为n=0.01（1）,呼吸模n=0.1（1）,在课题组共同努力下,成功探测到铝离子| 1S0,F=5/2>→|3P1,F=7/2>量子逻辑信号。基于以上工作基础,本人博士期间提出钟跃迁探测方案,实验上与课题组成员一起,成功测得铝离子|1S0>→| 3P0>钟跃迁信号,线宽在0.8（1）kHz。本人博士期间的工作,为今后实现镁-铝离子光频标系统闭环锁定、误差评估奠定了坚实的基础。
武文博[7]（2017）在《芯片阱上离子的稳定囚禁》文中进行了进一步梳理近20年来,量子信息技术得到了快速发展,量子计算作为其中的重要内容得到了全世界的高度重视。实现量子计算机的备选物理系统有很多,离子阱系统由于阱中量子比特相干时间长、易于操控等优点,被认为是诸多实现量子计算机物理系统中最有潜力的方案之一。早期的离子阱是由宏观尺寸的电极构成的,离子被囚禁在阱中,这种阱难以实现量子比特的大规模拓展,因此宏观阱逐渐发展为便于扩展的芯片阱。这种芯片阱是通过微纳加工技术,将电极镀在半导体或绝缘体基片上,通过在芯片上的电极加载不同的分布电压,实现对芯片上离子的囚禁和操控。但由于芯片阱中的离子离电极很近,离子对阱的构型和电极的电压等参数非常敏感。因此,设计芯片阱的构型、优化阱参数、精确设计阱中电极电势的分布对离子的稳定囚禁非常重要,已成为离子量子计算物理实现的重要研究内容。本文第二章阐述了芯片阱上离子的囚禁原理,分析了矩形片状电极上空间电势的产生,提出了囚禁电势构造的方法,并给出了计算用于产生囚禁电势的电极电压分布的流程,最后还讨论了该方法在离子囚禁实验中的应用。现有标准方法可以模拟被囚禁的离子晶体的空间结构,第三章指出了标准方法的两个缺点:即必须求空间电势偏导数和求解不够准确。由此提出了一种基于模拟退火算法求解离子晶体稳定结构的方法,并在一维层面分别用简谐势和非谐势做了仿真。通过对比两种方法的计算结果,新方法的可行性和优越性都得到了验证。然后提出了一个借助新方法探索噪声对离子稳定囚禁影响的思路。第四章则简要介绍了离子囚禁实验的实验装置和实验流程,并展示了由上述理论指导而成功稳定囚禁离子的一次实验结果。
刘威[8]（2014）在《面向多量子比特的表面电极离子阱芯片》文中指出目前,半导体晶体管特征尺寸正逐渐缩减至物理极限,量子效应不可避免,必须探索新型计算模式以满足应用对更高性能的进一步需求。量子计算是量子力学和计算机科学的新型交叉学科,在特定问题求解上具有超越经典计算机的能力,被公认为是新型高性能计算领域的颠覆性技术。国际上围绕量子计算机物理实现的研究已经取得了显着的进展,离子阱量子计算物理系统以其相干时间长、逻辑操作保真度高等优势,成为量子计算物理系统研究的热点。离子阱系统面临的难题是操控多离子量子比特。得益于成熟的半导体工艺,表面电极离子阱芯片被认为是实现多离子量子比特信息处理的有效途径。本文针对面向多量子比特的表面电极离子阱芯片,研究其设计和制备的关键技术,主要从离子阱芯片的可配置体系结构、二维阵列和一维线性结构的设计优化、以及在非谐离子阱芯片中利用高维量子比特优化Shor算法执行等方面展开工作。本文的主要内容与创新点体现在以下几个方面:1)提出一种可配置线性表面电极离子阱芯片体系结构,并设计了相应的优化仿真软件套件。实现在同一个离子阱芯片平台上支持5种目前学术界主流的离子阱操作模式,增强离子阱芯片的重用性,并能有效降低实验的启动时间开销（主要是节省超高真空抽调的时间）。软件套件可用于优化离子阱芯片电极尺寸、计算控制离子经典输运的电学参数等。根据理论分析和模拟仿真,本文提出的可配置结构可以作为一种统一的量子信息处理平台。2)提出一种灵活的表面电极离子阱芯片二维扩展优化设计方法。从有限元方法得到启发,利用网格划分策略可实现各种不同部件的射频电极优化,克服了现有方法专用性强的缺点。另外,自变量的个数也可以任意选择,然后利用蚁群算法搜索不同自变量个数的性能,进而对比得到最优个数。任意个数的自变量优化方式进一步增强了方法的灵活性。性能的表征采用本文提出的混合多目标优化函数,有效降低了各子目标函数权重因子的选择难度。目标函数的计算过程中引入“空间换时间”策略,节省优化时间。3)提出基于线性方程组的非谐表面电极离子阱芯片量化分析设计模型。非谐势阱的理论分析通常只包含低阶项,用于芯片设计时精度不够,而引入高阶项后问题的可解性受限,本文提出的量化分析模型兼顾设计精度和计算可行性。利用二次规划方法对模型快速求解,可分析体系结构参数（包括电极宽度、电极间距、实际需要的活跃电极个数以及所施加的电压等）对离子囚禁个数和囚禁间距的影响,进而给出非谐表面电极离子阱芯片体系结构的设计权衡。4)提出利用高维量子比特执行Shor算法时的量子线路优化策略,从而有效减少基本量子逻辑门的使用个数。基于提出的优化策略,实现Shor算法的三进制执行。并以分解21为例,设计了具体的算法实验演示方案,即将其量子线路编码到非谐势阱中单个离子的振动声子态上。在演示方案中利用优化控制理论来迭代计算振动声子态的操控电场,可以将整个算法一步执行完成,也可串行地执行量子逻辑门。数值模拟结果表明:将三进制Shor算法一步执行时,状态转移的平均概率可达到0.9919。5)根据本文前四个研究内容给出的芯片设计权衡,设计并制备了一款线性表面电极离子阱芯片。该原型芯片可实现离子的简谐势阱囚禁、离子一维输运以及离子的非谐势阱囚禁。表面电极离子阱芯片的制备属于厚膜工艺,与传统半导体工艺不同之处主要在于光刻,并需要电镀。本文首先对这些工艺参数进行了探索,然后对制备出的原型芯片进行了详细的物理特性测试,包含电极形貌、电极尺寸以及击穿电压等。目前,原型芯片实验平台上已观察到原子信号,正在进行离子的捕获与囚禁实验。
李晓莉[9]（2014）在《基于离子阱和受激拉曼绝热技术的量子操作》文中研究指明随着量子信息科学的发展，量子信息的处理成为了人们在物理学和信息科学研究中的重要课题之一，量子计算作为量子信息处理的重要部分，成为了人们集中关注的焦点。离子阱是被用于各个科学技术领域研究的重要的物理系统，自1995年Criac和Zoller提出离子阱的量子计算方案以来，基于囚禁离子的量子信息处理得到了飞速的发展，并且取得了很大的成绩。通过囚禁离子与光场的相互作用，可以实现的对离子内态和集体振动量子态控制，为实验上进行精确的可控操作提供了可靠的理论基础。基于受激拉曼绝热技术的囚禁离子的量子操作的研究在量子信息科学的发展中有重要的理论和实际意义。本文主要讨论研究了基于离子阱的量子计算方案和利用受激拉曼绝热技术的量子操作。主要包括四个部分：1．介绍量子计算的理论基础和基本的物理实现、离子阱的理论结构，尤其是对受激拉曼绝热技术的实现过程和囚禁离子与光场的相互作用过程做了详细的介绍。2.介绍基于囚禁离子的量子计算方案，分别从最初的Criac和Zoller的冷囚禁离子的量子计算和1999年MΦlmer和SΦzensen提出的对离子的外部振动态不敏感,并且在操作过程中对集体振动运动态的变化也不敏感的热离子量子计算方案以及具有较强容错性的几何量子计算三个方面进行介绍，另外，还介绍了另一种，利用受激拉曼绝热技术，基于热运动囚禁离子的几何相位门的实现方案。3.提出一种，利用四能级的tripod型结构的热囚禁离子，通过受激拉曼绝热技术实现两比特的受控相位门，并且在这个基础上经过连续的操作实现N比特的Cluster态的量子操作。这两个操作过程在实验操作上比较简单，只通过改变激光的耦合强度和相位，进行演化，这个方案结合了绝热通道和热运动囚禁离子的优势，在实验上具有更大的可行性。4.提出一个，通过暗态的演化，连续的产生多比特的对称Dicke态的离子阱方案，主要通过对囚禁离子的集体振动纵向模和横向模的利用，代替了腔方案中的双模结构，这个方案主要优点在于一步接一步连续的产生多样的确定的多比特的Dicke态且对实验参数的涨幅不敏感。
张见[10]（2013）在《表面电极离子阱的模型研究与工艺设计》文中指出基于量子力学建立起来的量子计算系统,是有潜力超越经典计算机的一种方案。表面电极离子阱量子计算系统因为具有良好的可扩展性、较长的退相干时间、高保真的初始化和读取等优势,被认为是量子计算机物理实现最有希望的方案之一。本文首先介绍了表面电极离子阱的工作原理。在表面电极离子阱量子计算系统中,使用离子的两个能级表示量子比特的两种状态,通过激光场耦合离子量子位和集体振动量子位,实现不同量子位间的两位门操作,从而实现量子逻辑。表面电极离子阱的RF电极和DC电极在离子阱表面上方的空间产生势阱,离子被囚禁在势阱中。势阱深度和离子加热速率是衡量表面电极离子阱囚禁稳定性的重要指标。本文在考虑衬底功率损失和电势损失的影响后,提出势阱深度和离子加热速率的修正模型。本文首先借鉴了用于研究微波电路的“quasi-TEM”模型的思想,提出表面电极离子阱的等效电路模型,得到其功率损失和电势损失的解析模型。对于离子加热速率模型,本文考虑衬底功率损失引起的电极温度变化对离子加热速率的影响,重新修正了离子加热速率的解析模型,使预测结果更加精确。对于势阱深度模型,本文同时考虑囚禁离子的质量和电荷量、交变电压幅值、衬底电势损失、表面电极绝对尺寸和相对尺寸的影响,发现恒压缩小电极尺寸和全比例缩小电极尺寸时的阱深变化规律,并解释了不同衬底材料的表面电极离子阱阱深的差异。根据本文提出的解析模型,硅基衬底的电势损失对表面电极离子阱阱深的降幅达17.19%,功率损失对离子加热速率的加速达13.37%。本文提出了表面电极离子阱的优化设计方案,对电极尺寸、衬底结构做了优化设计。电极尺寸的设计综合考虑衬底电势损失对阱深的影响、电极厚度对离子加热速率的影响、控制电极宽度对控制电压效率的影响;对于衬底结构,本文以降低衬底功率损失和电势损失为目的,设计了衬底真空隔离结构,在离子阱RF电极和DC电极间的衬底表面刻蚀出多条隔离槽,从而减小衬底的等效电导和等效电容,达到降低衬底功率和电势损失的目的。模拟结果显示,相比于一般结构,优化的电极尺寸设计可以使阱深加深3.8%,使控制电压效率增加14.14%;真空隔离衬底结构的硅基表面电极离子阱能够使阱深加深20.22%,使衬底功率损失降低54.55%。最后,本文设计实现了表面电极离子阱的工艺制造过程。为了减小电极的约翰逊噪声对离子加热速率的影响,应尽量减小表面电极离子阱电极的等效电阻,故要求电极的厚度较厚。另外,为了减小电极表面碎片势对离子阱离子加热速率的影响,要求电极表面平整度较好。因此,金属沉积形成厚而平整的电极成为表面电极离子阱工艺制造的重要步骤。本文设计的工艺制造步骤包括:晶片清洗、热蒸发、光刻、电镀、阻挡层剥离、刻蚀和键合。为了达到制备表面电极离子阱的工艺要求,本文通过反复实验确定了各个工艺步骤中工艺参数的设定。本文研究了用于量子计算的表面电极离子阱的工作原理,修正了相关的理论模型,提出表面电极离子阱的优化设计方案,并设计了其工艺制造过程,探索了每一个工艺步骤的工艺参数。在后续工作中,需要进一步完善表面电极离子阱的模型研究,展开可扩展多阱区表面电极离子阱离子的移动控制的建模研究,完成表面电极离子阱芯片的工艺制作,最后,结合物理实验平台,展开表面电极离子阱的科学实验研究。
二、离子阱中量子逻辑门的实现（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、离子阱中量子逻辑门的实现（论文提纲范文）
（1）基于超导量子比特芯片的测控与量子模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 量子计算简介 |
| 1.1.1 量子计算的发展 |
| 1.1.2 量子计算优势与争议 |
| 1.1.3 几种量子计算硬件实现方法 |
| 1.1.4 量子计算终极目的-通用量子计算机 |
| 1.2 通用超导量子计算机实现方法及原理 |
| 1.2.1 超导量子计算基本单元-超导量子比特 |
| 1.2.2 超导量子比特的制备工艺及流程 |
| 1.2.3 超导量子比特的控制 |
| 1.2.4 超导量子比特的测量 |
| 1.2.5 超导量子比特测量控制环境 |
| 1.2.6 超导量子比特扩展-量子比特的耦合 |
| 1.2.7 超导量子比特门操作的实现 |
| 1.2.8 超导量子比特的退相干,噪声及降低错误方法 |
| 1.2.9 超导量子纠错-实现逻辑量子比特 |
| 1.2.10 超导量子比特片间通信以及量子存储器 |
| 1.2.11 超导量子比特技术支持—低温固态量子技术 |
| 1.3 量子计算的应用 |
| 1.3.1 长期应用:量子算法 |
| 1.3.2 短期应用:量子模拟 |
| 1.4 小结及论文架构 |
| 第2章 超导量子芯片测控系统硬件与软件的搭建 |
| 2.1 超导量子芯片测控硬件系统 |
| 2.1.1 测控硬件系统的设计原则 |
| 2.1.2 测控硬件系统实物与结构示意 |
| 2.1.3 测控硬件系统AWG内部逻辑设计 |
| 2.1.4 测控硬件系统ADC片上解调设计 |
| 2.1.5 硬件系统量子反馈设计与测试 |
| 2.1.6 硬件测试 |
| 2.1.7 硬件设计过程中遇到的问题及解决方法 |
| 2.2 超导量子芯片测控软件系统 |
| 2.2.1 测控软件功能需求 |
| 2.2.2 测控软件设计与实现 |
| 2.2.3 测控软件遇到的问题及解决方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 超导量子芯片的表征,校准与优化 |
| 3.1 超导量子芯片参数表征 |
| 3.1.1 能量退相干时间T1 表征 |
| 3.1.2 相位退相干T2 表征 |
| 3.1.3 读取腔Q值表征 |
| 3.1.4 读取腔与比特耦合强度表征 |
| 3.1.5 读取腔光子数的表征方法 |
| 3.1.6 Single shot读取与读取保真度表征 |
| 3.1.7 量子读取效率表征 |
| 3.1.8 比特耦合强度表征 |
| 3.1.9 超导量子比特态层析State tomography(QST) |
| 3.1.10 超导量子比特过程层析Process tomography(QPT) |
| 3.1.11 比特门保真度表征方法Random Bench Marking(RB) |
| 3.1.12 约瑟夫森参量放大器JPA表征 |
| 3.2 超导量子比特校准 |
| 3.2.1 IQ mixer校准 |
| 3.2.2 Crosstalk串扰校准 |
| 3.2.3 Z pulse校准 |
| 3.2.4 Timing校准 |
| 3.3 超导量子比特优化 |
| 3.3.1 量子比特读取优化 |
| 3.3.2 相位退相干优化 |
| 3.3.3 比特门的DRAG优化 |
| 3.3.4 利用优化算法优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 利用纵场调控方法实现对EP点的观测 |
| 4.1 宇称时间反演(PT)对称性以及奇异点(EP) |
| 4.2 实验原理 |
| 4.2.1 量子比特中的PT对称性破缺 |
| 4.2.2 退相干控制原理 |
| 4.2.3 纵场调控原理 |
| 4.3 实验设置 |
| 4.4 纵场调控对比特退相干Γ的调控 |
| 4.5 用振荡频率来表征观测EP点 |
| 4.6 用全参数区域方法观测EP |
| 4.7 不同Γ下的EP点位置偏移 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 在10量子比特上实现Z_2格点规范场模拟 |
| 5.1 样品图及简要介绍 |
| 5.2 格点规范场哈密顿量的实现 |
| 5.3 量子比特性能参数 |
| 5.4 实验各个校准过程与参数 |
| 5.5 实验idle点的选取 |
| 5.6 实验时序控制 |
| 5.7 实验结果 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 单比特Clifford群元素 |
| 附录B 量子比特硬件调试的遇到问题及解决 |
| 附录C 微调控制解调附加相位控制解调信号 |
| 附录D IQ mixer调制,解调与校准原理 |
| 附录E 实验室仪器设计与连接 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）高通光离子阱的搭建和应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子信息的发展 |
| 1.2 离子阱的发展 |
| 1.3 离子阱的路线图 |
| 1.4 基于离子阱的量子模拟 |
| 1.5 文章结构 |
| 第2章 ~(171)Yb~+离子与离子阱 |
| 2.1 ~(171)Yb~+离子 |
| 2.1.1 ~(171)Yb~+能级结构 |
| 2.1.2 ~(171)Yb~+的多普勒冷却 |
| 2.1.3 ~(171)Yb~+的初始化和态制备 |
| 2.1.4 ~(171)Yb~+的态探测 |
| 2.2 激光与离子相互作用 |
| 2.2.1 EIT冷却 |
| 2.2.2 边带冷却 |
| 2.2.3 拉曼操作 |
| 2.2.4 拉比频率计算 |
| 2.2.5 微波与离子相互作用 |
| 2.3 Paul离子阱 |
| 2.3.1 Mathieu方程 |
| 2.3.2 离子阱赝势 |
| 2.3.3 离子阱数值分析 |
| 2.3.4 一维离子晶体的运动模式 |
| 2.3.5 离子冷却模拟 |
| 第3章 高通光刀片阱的设计 |
| 3.1 刀片阱设计理念 |
| 3.2 刀片阱尺寸设计 |
| 3.2.1 刀片形状 |
| 3.2.2 刀片角度和间距 |
| 3.2.3 DC电极宽度 |
| 3.3 刀片阱的制作 |
| 3.3.1 刀片加工 |
| 3.3.2 硅片固定基板 |
| 3.3.3 玻璃真空腔 |
| 3.3.4 陶瓷支柱和滤波板 |
| 3.3.5 组装 |
| 3.3.6 真空制备 |
| 3.3.7 光学平台 |
| 第4章 刀片阱的测试 |
| 4.1 螺旋谐振腔 |
| 4.2 直流电压源与滤波 |
| 4.3 激光与光路 |
| 4.3.1 369.5nm激光稳频 |
| 4.3.2 369和399激光光路 |
| 4.3.3 935nm和638nm激光光路 |
| 4.4 离子成像 |
| 4.5 囚禁离子实验 |
| 第5章 Floquet技术与黎曼函数零点 |
| 5.1 黎曼函数与Polya-Hilbert猜想 |
| 5.2 Floquet理论 |
| 5.3 使用Floquet方法寻找零点 |
| 5.4 实验与结果 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 修改记录 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（3）铝离子量子逻辑光频标的实现及系统误差评估（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光频标的原理 |
| 1.3 光频标的应用及发展 |
| 1.4 ~(40)Ca~+-~(27)Al~+离子对量子逻辑光频标的研究 |
| 1.5 论文结构 |
| 第2章 囚禁离子光频标的基本原理 |
| 2.1 离子囚禁原理 |
| 2.2 离子与激光的相互作用 |
| 2.2.1 两能级原子模型与激光的相互作用 |
| 2.2.2 耗散与退相干作用 |
| 2.2.3 激光冷却 |
| 2.3 离子相关能级结构 |
| 2.3.1 钙离子相关能级结构 |
| 2.3.2 铝离子相关能级结构 |
| 2.4 量子逻辑谱技术 |
| 2.5 光频标的锁定 |
| 本章小结 |
| 第3章 实验装置 |
| 3.1 离子阱系统 |
| 3.1.1 离子阱 |
| 3.1.2 真空腔 |
| 3.1.3 荧光成像系统 |
| 3.1.4 离子阱驱动系统 |
| 3.2 激光系统 |
| 3.2.1 离子载入系统 |
| 3.2.2 ~(40)Ca~+离子相关激光系统 |
| 3.2.3 ~(27)Al~+离子相关激光系统 |
| 3.3 光纤相关技术 |
| 3.3.1 光纤耦合的偏振匹配 |
| 3.3.2 光纤噪声消除 |
| 3.3.3 紫外光纤的研制及应用 |
| 3.4 控制系统 |
| 本章小结 |
| 第4章 ~(40)Ca~+-~(27)Al~+离子对的量子逻辑实验 |
| 4.1 实验基本时序 |
| 4.1.1 离子对的载入及状态检测(Ⅰ) |
| 4.1.2 ~(27)Al~+离子光泵浦(Ⅱ) |
| 4.1.3 Doppler冷却(Ⅲ) |
| 4.1.4 ~(40)Ca~+离子光泵浦(Ⅳ) |
| 4.1.5 边带冷却(Ⅴ) |
| 4.1.6 光抽运及回泵(Ⅵ)&(Ⅶ) |
| 4.1.7 目标时序(钟跃迁探询)(Ⅷ) |
| 4.1.8 量子逻辑传态(Ⅸ)&(Ⅹ) |
| 4.1.9 荧光收集(Ⅺ) |
| 4.2 磁场的测量及市电噪声补偿 |
| 4.2.1 磁场的控制及测量 |
| 4.2.2 市电噪声评估及补偿 |
| 4.3 微运动的测量及补偿 |
| 4.4 量子逻辑谱读出 |
| 4.4.1 量子逻辑谱技术 |
| 4.4.2 量子非破坏性测量 |
| 4.5 钟跃迁的锁定 |
| 本章小结 |
| 第5章 系统误差评估 |
| 5.1 运动频移 |
| 5.1.1 宏运动引起的频移 |
| 5.1.2 微运动引起的频移 |
| 5.2 黑体辐射频移 |
| 5.3 Zeeman频移 |
| 5.4 其他 |
| 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与科研成果 |
（4）基于核磁共振体系的闭环学习控制研究及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 量子技术与量子控制 |
| 1.2 本论文研究工作的出发点和意义 |
| 1.3 本论文结构及内容安排 |
| 第2章 核磁共振量子信息处理基础知识介绍 |
| 2.1 量子概念的提出和量子论的建立 |
| 2.1.1 量子概念的提出 |
| 2.1.2 量子论的建立 |
| 2.2 量子计算基础介绍 |
| 2.2.1 量子计算的提出 |
| 2.2.2 量子信息 |
| 2.2.3 量子比特和量子态 |
| 2.2.4 量子逻辑门 |
| 2.2.5 量子测量 |
| 2.2.6 量子计算的物理实现 |
| 2.3 液体核磁共振实验体系 |
| 2.3.1 核磁共振发展史简介 |
| 2.3.2 核磁共振系统哈密顿量 |
| 2.3.3 核磁共振系统的量子比特表征 |
| 2.3.4 核磁共振系统的初始化 |
| 2.3.5 核磁共振系统的弛豫和退相干 |
| 2.3.6 核磁共振系统的操控 |
| 2.3.7 核磁共振系统的测量读出 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 量子系统闭环学习控制 |
| 3.1 量子系统主动控制及面临的挑战 |
| 3.1.1 量子系统控制目标设定 |
| 3.1.2 量子系统动力学描述 |
| 3.1.3 量子系统控制中的扰动因素 |
| 3.1.4 应对量子控制中扰动因素的方法 |
| 3.2 闭环学习控制 |
| 3.2.1 闭环学习控制简介 |
| 3.2.2 常用学习算法介绍 |
| 3.2.3 常用控制目标评估方法介绍 |
| 3.2.4 闭环学习控制在量子技术中的应用 |
| 3.3 小结 |
| 第4章 利用闭环学习控制完成量子态制备和量子逻辑门实现 |
| 4.1 Bell态制备 |
| 4.1.1 Bell态制备的数值研究 |
| 4.1.2 高保真度Bell态的实验制备 |
| 4.2 CNOT门的实现 |
| 4.2.1 CNOT门及其线路实现方法 |
| 4.2.2 使用改进的微分进化算法制备CNOT门 |
| 4.3 七比特相千态的制备 |
| 4.3.1 制备方法介绍——闭环梯度算法 |
| 4.3.2 NMR实验实现 |
| 4.3.3 实验总结及讨论 |
| 4.4 小结及讨论 |
| 第5章 利用闭环学习控制优化绝热量子路径 |
| 5.1 绝热量子计算简介 |
| 5.1.1 绝热量子计算与门电路量子计算 |
| 5.1.2 绝热量子计算发展简史 |
| 5.1.3 绝热量子计算流程及绝热定理 |
| 5.1.4 绝热量子路径优化 |
| 5.2 利用进化算法优化绝热量子路径 |
| 5.2.1 方法介绍——进化算法及控制场光滑技术 |
| 5.2.2 进化算法优化绝热路径流程 |
| 5.2.3 控制场光滑技术介绍 |
| 5.2.4 应用——Landau-Zener及Grover哈密顿量 |
| 5.2.5 总结及讨论 |
| 5.3 小节及讨论 |
| 第6章 利用闭环学习控制优化量子度量中的探针态 |
| 6.1 量子度量简介 |
| 6.1.1 量子度量的一般流程 |
| 6.1.2 大尺度系统量子度量应用面临的挑战 |
| 6.2 利用闭环学习控制优化探针态理论方案 |
| 6.2.1 量子费舍尔信息的间接测量 |
| 6.2.2 利用Nelder-Mead算法优化的流程 |
| 6.3 利用闭环学习控制优化探针态数值模拟 |
| 6.3.1 数值模拟模型及方法介绍 |
| 6.3.2 数值模拟结果及讨论 |
| 6.4 利用闭环学习控制优化探针态实验实现 |
| 6.4.1 高斯噪声模拟及系综态纯度测量方法 |
| 6.4.2 NMR实验实现 |
| 6.4.3 实验结果及讨论 |
| 6.5 小节及讨论 |
| 第7章 总结及展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 核磁共振实验自动化程序设计 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（5）表面电极离子阱的设计、制备与系统优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 第二章 离子阱基本原理及离子阱实验系统 |
| 2.1 离子阱基本原理 |
| 2.1.1 Paul阱 |
| 2.1.2 表面电极离子阱 |
| 2.1.3 离子与激光相互作用 |
| 2.1.4 离子的激光冷却 |
| 2.1.5 ~(40)Ca~+离子能级结构 |
| 2.2 离子阱实验系统 |
| 2.2.1 测试的表面电极离子阱及其馈通 |
| 2.2.2 真空系统 |
| 2.2.3 激光设置 |
| 2.2.4 成像系统 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 表面电极离子阱的设计 |
| 3.1 表面电极离子阱的电场分析方法 |
| 3.1.1 电场的解析分析 |
| 3.1.2 电场的数值分析方法 |
| 3.1.3 表面电极离子阱电场求解器 |
| 3.2 优化表面电极几何方法 |
| 3.2.1 优化设计对称五线型阱 |
| 3.2.2 反向求解法优化设计阱 |
| 3.3 径向双势阱的设计 |
| 3.3.1 径向双势阱的性质 |
| 3.3.2 径向双势阱的优化设计 |
| 3.4 多功能叉型表面电极离子阱设计 |
| 3.4.1 多目标函数优化结电极 |
| 3.4.2 V型结电极的优化 |
| 3.4.3 多功能叉型阱表面电极离子阱的实用性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 表面电极离子阱制备 |
| 4.1 表面电极离子阱芯片制备工艺 |
| 4.1.1 基底的清洗 |
| 4.1.2 光刻技术 |
| 4.1.3 金属薄膜的沉积 |
| 4.1.4 薄膜刻蚀 |
| 4.1.5 电镀厚膜金电极 |
| 4.2 表面电极离子阱制备工艺的优化 |
| 4.2.1 表面电极离子阱材料选取 |
| 4.2.2 厚膜电极结构的制备 |
| 4.2.3 表面电极离子阱制备流程 |
| 4.3 退火方法降低电极表面粗糙度 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 表面电极离子阱主要性能测试 |
| 5.1 表面电极离子阱的初步测试 |
| 5.2 异常加热抑制后离子寿命的测试 |
| 5.2.1 等离子体清洗抑制异常加热 |
| 5.2.2 降低表面粗糙度抑制异常加热 |
| 5.3 测试装载过程电极表面污染程度的便捷方法 |
| 5.3.1 阱表面吸附原子的实验和仿真 |
| 5.3.2 理论模型与数值模拟 |
| 5.3.3 分析与讨论 |
| 5.4 离子的加热率测试 |
| 5.4.1 微运动补偿 |
| 5.4.2 加热率测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 表面电极离子阱系统的优化 |
| 6.1 双束激光脉冲扫描谱线 |
| 6.2 等间距离子链 |
| 6.2.1 等间距离子串囚禁的反向求解电压方法 |
| 6.2.2 噪声消除的反馈控制方法 |
| 6.2.3 囚禁等间距离子串实验 |
| 6.2.4 用于囚禁离子串势阱的通用性 |
| 6.3 非简谐阱中离子晶体的相变 |
| 6.4 离子的输运 |
| 6.4.1 线性离子串的整体输运 |
| 6.4.2 静电双势阱输运离子 |
| 6.4.3 离子输运实验操作 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（6）基于量子逻辑技术的镁—铝离子光频标钟跃迁探测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 频率标准与钟 |
| 1.3 光钟类型 |
| 1.4 超高精度光钟简介 |
| 1.5 Paul阱 |
| 1.6 本章小结 |
| 2 理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 离子能级结构介绍 |
| 2.3 激光和原子的相互作用 |
| 2.4 二能级系统光子辐射率 |
| 2.5 离子多普勒冷却 |
| 2.6 协同冷却介绍 |
| 2.7 拉曼跃迁理论介绍 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 离子阱系统 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 离子阱设计 |
| 3.3 离子阱中离子的运动 |
| 3.4 微运动补偿 |
| 3.5 加热率研究 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 实验装置系统简介 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 真空系统 |
| 4.3 荧光采集系统 |
| 4.4 离子装载系统 |
| 4.5 光路系统 |
| 4.6 RF驱动系统 |
| 4.7 磁场控制 |
| 4.8 控制系统 |
| 4.9 本章小结 |
| 5 镁离子实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 态制备与时序控制 |
| 5.3 微波共振实验 |
| 5.4 光频移实验 |
| 5.5 拉曼跃迁实验 |
| 5.6 加热率测量 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 铝离子钟跃迁探测 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 铝离子离化与囚禁 |
| 6.3 量子逻辑谱探测 |
| 6.4 钟跃迁探测 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 攻读博士学位期间发表的主要论文 |
（7）芯片阱上离子的稳定囚禁（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 量子计算的发展 |
| 1.2 量子计算的物理实现 |
| 1.3 芯片离子阱 |
| 1.4 本文主要内容和结构 |
| 第二章 芯片阱上离子囚禁电势的产生 |
| 2.1 离子阱囚禁原理 |
| 2.1.1 径向囚禁原理 |
| 2.1.2 轴向囚禁原理 |
| 2.2 芯片上囚禁电势的构造 |
| 2.2.1 矩形电极的电势 |
| 2.2.2 囚禁电势的构造 |
| 2.3 电压分布的求解 |
| 2.3.1 QR分解法 |
| 2.3.2 伪逆法(基于SVD) |
| 2.3.3 Tikhonov正则化法 |
| 2.3.4 二次规划 |
| 2.4 在离子囚禁实验中的应用 |
| 2.4.1 预测囚禁高度 |
| 2.4.2 选择囚禁位置 |
| 2.4.3 短路电极的替代 |
| 2.4.4 阱参数优化 |
| 2.4.5 分析杂散电势 |
| 第三章 离子晶体的稳定结构 |
| 3.1 标准方法求解 |
| 3.2 模拟退火算法求解 |
| 3.2.1 模拟退火算法 |
| 3.2.2 简谐势下的结果 |
| 3.2.3 非谐势下的结果 |
| 第四章 离子囚禁的实验实现 |
| 4.1 实验装置 |
| 4.2 实验流程 |
| 4.3 实验结果 |
| 结束语 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（8）面向多量子比特的表面电极离子阱芯片（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 量子计算的产生和发展 |
| 1.1.2 离子阱量子计算的可行性 |
| 1.1.3 表面电极离子阱芯片是实现多量子比特的必由之路 |
| 1.2 表面电极离子阱芯片研究面临的问题和思考 |
| 1.2.1 离子阱芯片操作模式单一 |
| 1.2.2 二维扩展的设计指导原则缺乏 |
| 1.2.3 理论分析与设计精度需求的鸿沟 |
| 1.2.4 逻辑习惯对物理实质的约束 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 离子阱芯片设计方法 |
| 1.3.2 芯片体系结构扩展方式 |
| 1.3.3 多进制量子计算 |
| 1.3.4 芯片制备材料研究 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 1.5 论文结构 |
| 第二章 可配置线性表面电极离子阱芯片体系结构 |
| 2.1 背景与动机 |
| 2.2 可配置离子阱芯片体系结构 |
| 2.3 硬件：离子阱芯片结构设计优化 |
| 2.3.1 射频电极设计 |
| 2.3.2 直流控制电极设计 |
| 2.3.3 可配置模式 |
| 2.4 软件：生成可配置离子阱操作序列 |
| 2.4.1 离子主轴偏转控制生成 |
| 2.4.2 离子输运控制生成 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 二维扩展：灵活的优化设计方法 |
| 3.1 背景与动机 |
| 3.2 相关研究工作 |
| 3.3 灵活的优化设计方法 |
| 3.3.1 解空间及自变量定义域 |
| 3.3.2 混合多目标函数 |
| 3.3.3 赝势求解器 |
| 3.3.4 方法灵活性延伸 |
| 3.4 方法具体实现 |
| 3.5 结果与讨论 |
| 3.5.1 X型结优化 |
| 3.5.2 Y型结优化 |
| 3.5.3 离子载入口优化 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 一维扩展：非谐势离子阱芯片量化分析模型 |
| 4.1 背景与动机 |
| 4.2 非谐势阱线性方程组模型 |
| 4.3 模型求解 |
| 4.3.1 求解方法 |
| 4.3.2 非谐阱芯片设计指导 |
| 4.4 模型评估与讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 零维扩展：基于非谐势阱中单个离子振动态的三进制Shor算法执行 |
| 5.1 背景与动机 |
| 5.2 三进制Shor算法 |
| 5.3 非谐势阱中单个离子的系统模型 |
| 5.3.1 Schr?dinger方程 |
| 5.3.2 离子振动态操控 |
| 5.4 优化控制理论 |
| 5.5 算法执行与结果讨论 |
| 5.5.1 三进制Hadamard逻辑门 |
| 5.5.2 三进制CNOT逻辑门 |
| 5.5.3 量子求阶算法执行 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 表面电极离子阱原型芯片制备与测试 |
| 6.1 线性表面电极离子阱芯片结构 |
| 6.2 离子阱芯片制备工艺 |
| 6.2.1 工艺流程设计及制备 |
| 6.2.2 芯片封装 |
| 6.2.3 芯片物理特性测试 |
| 6.3 离子阱芯片测试设备 |
| 6.3.1 真空系统 |
| 6.3.2 激光系统 |
| 6.3.3 成像系统 |
| 6.4 离子阱芯片离子囚禁实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结束语 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 课题研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（9）基于离子阱和受激拉曼绝热技术的量子操作（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 离子阱 |
| 1.3 量子逻辑门 |
| 1.4 受激拉曼绝热技术 |
| 2 离子与激光相互作用的理论模型计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 线性 Paul 阱 |
| 2.2.1 平衡位置 |
| 2.2.2 简正模 |
| 2.2.3 量子振动模式 |
| 2.3 相互作用哈密顿函数计算 |
| 2.3.1 行波激光场 |
| 2.3.2 驻波激光场 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于囚禁离子和受激拉曼绝热技术的量子计算 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 囚禁离子的量子计算 |
| 3.2.1 冷离子量子计算模型 |
| 3.2.2 热离子量子计算模型 |
| 3.3 离子阱系统的几何量子计算 |
| 3.3.1 常规几何相位门的实现 |
| 3.3.2 非常规几何相位门 |
| 3.4 通过绝热通道实现热运动囚禁离子的几何相位门 |
| 3.5 本章小节 |
| 4 基于绝热通道的热离子的非几何条件相位门和 Cluster 态方案 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 通过暗本征态的绝热演化实现非几何条件相移 |
| 4.2.1 理论模型 |
| 4.2.2 实现两比特控制量子相位门 |
| 4.2.3 两比特和多比特 Cluster 态的产生 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 通过绝热通道产生多比特 Dicke 态 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Dicke 态简介及制备多比特 Dicke 态的基本模型 |
| 5.2.1 Dicke 态 |
| 5.2.2 制备 N 个量子比特的 Dicke 态的基本模型 |
| 5.3 N 个量子比特对称 dicke 态的实现方案 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（10）表面电极离子阱的模型研究与工艺设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 量子计算的产生与发展 |
| 1.1.2 量子计算机的物理实现 |
| 1.1.3 表面电极离子阱的产生与发展 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 理论模型研究 |
| 1.2.2 科学实验研究 |
| 1.3 本文的主要内容 |
| 1.4 本文的组织结构 |
| 第二章 相关理论与实验平台概述 |
| 2.1 量子计算理论概述 |
| 2.2 离子阱量子计算原理概述 |
| 2.3 表面电极离子阱的理论模型 |
| 2.3.1 势阱深度模型 |
| 2.3.2 离子加热速率模型 |
| 2.4 实验平台概述 |
| 2.4.1 计算机模拟平台 |
| 2.4.2 物理实验平台 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 表面电极离子阱模型研究 |
| 3.1 衬底的功率损失与电势损失 |
| 3.1.1 衬底等效电路模型 |
| 3.1.2 衬底的功率损失与电势损失的解析表达 |
| 3.2 表面电极离子阱的势阱深度 |
| 3.3 表面电极离子阱的离子加热速率 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 表面电极离子阱的优化设计 |
| 4.1 电极尺寸设计 |
| 4.2 衬底结构设计 |
| 4.3 材料选择 |
| 4.3.1 电极材料 |
| 4.3.2 衬底材料 |
| 4.4 模拟仿真与结果分析 |
| 4.4.1 电极尺寸设计对表面电极离子阱的优化 |
| 4.4.2 VTIS衬底结构对表面电极离子阱的优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 表面电极离子阱工艺设计 |
| 5.1 工艺流程总述 |
| 5.2 晶片清洗 |
| 5.3 热蒸发 |
| 5.4 版图与光刻 |
| 5.5 电镀 |
| 5.6 剥离阻挡层，刻蚀 |
| 5.7 键合 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 结束语 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 需要进一步完善的工作 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
四、离子阱中量子逻辑门的实现（论文参考文献）
- [1]基于超导量子比特芯片的测控与量子模拟[D]. 王战. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2021(02)
- [2]高通光离子阱的搭建和应用[D]. 贺冉. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]铝离子量子逻辑光频标的实现及系统误差评估[D]. 晁思嘉. 中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所), 2020(02)
- [4]基于核磁共振体系的闭环学习控制研究及应用[D]. 杨晓东. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]表面电极离子阱的设计、制备与系统优化[D]. 张鑫方. 国防科技大学, 2020(01)
- [6]基于量子逻辑技术的镁—铝离子光频标钟跃迁探测[D]. 车煌. 华中科技大学, 2019(04)
- [7]芯片阱上离子的稳定囚禁[D]. 武文博. 国防科技大学, 2017(02)
- [8]面向多量子比特的表面电极离子阱芯片[D]. 刘威. 国防科学技术大学, 2014(02)
- [9]基于离子阱和受激拉曼绝热技术的量子操作[D]. 李晓莉. 重庆大学, 2014(01)
- [10]表面电极离子阱的模型研究与工艺设计[D]. 张见. 国防科学技术大学, 2013(04)