一种使用全息图精确捕获与控制离子的新型算法

发表在《自然》杂志下的子刊《量子信息》上的论文中，科学家报告说，发现了一种通过使用全息光学技术的全息图精确控制捕获离子的新算法。该研究是对捕获离子进行可重编程的高精度全息光学寻址，以实现可扩展的量子控制。

该新技术使用了第一个已知的全息光学工程设备来控制捕获离子量子位。这项技术有望帮助创建更精确的量子位控制，这将有助于特定于量子行业的硬件的开发，以进一步进行新的量子模拟实验，以及潜在的离子阱量子位的纠错过程。

主要作者、滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）Shig-You Shih博士说：“我们的算法可计算全息图的轮廓并消除光线中的任何像差，这使我们能够开发出一种高度精确的离子编程技术。

研究主导、滑铁卢大学物理学和天文学系的教授Kazi Rajibul Islam表示，自2019年以来，他的团队一直在量子信息实验室中捕获用于量子模拟的离子，但需要一种精确的方法来控制它们。

对准离子的激光可以与离子“交谈”并改变离子的量子态，从而形成量子信息处理的基础。但问题是，激光束的像差和畸变会导致杂乱且聚焦点宽，因为被捕获的离子之间的距离只有几微米，比人的头发要窄得多。

研究团队想要激发离子的激光束轮廓需要进行精确设计。为实现这一目标，他们使用了激光，其宽度最大达到1厘米，然后通过数字微镜设备（DMD）发送，该设备是可编程的，并且可以用作图影放映机。数字微镜设备芯片上微反射镜通过电压单独控制的。使用Shih开发的算法，对数字微镜设备芯片进行编程以显示全息图图案。数字微镜设备全息图产生的光可以精确控制其强度和相位。如图所示实验装置。

在测试中，该团队能够用全息光操纵每个离子。以前的研究一直在与串扰作斗争，这意味着如果激光聚焦在一个离子上，光就会泄漏到周围的离子上。借助此设备，团队使用离子作为传感器成功地表征了像差。然后，他们可以通过调整全息图来消除像差，并获得了最低的串扰。

Shih说：“使用商用数字微镜设备技术面临挑战。” “它的控制器是为投影仪和UV光刻而不是量子实验制造的。我们的下一步是开发我们自己的用于量子计算实验的硬件。”