離子阱不僅能做質譜還能做量子研究

　　近期，中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦團隊在囚禁離子量子態讀取方面取得新進展：該團隊李傳鋒、黃運鋒、崔金明等人利用機器學習算法，在現場可編程門陣列（FPGA）上同時實現了離子量子比特的快速、高保真度讀取。該項研究成果于7月22日發表在應用物理期刊Physical Review Applied 上。

　　離子阱可以穩定地囚禁離子陣列，離子之間的庫侖力提供了長程相互作用，是量子信息研究的理想實驗平臺。實現可容錯量子計算需要高質量的量子操作，其中包括高保真度量子邏輯門和量子比特量子態讀取，因此實現快速、高保真度量子態讀取具有重要意義。在離子阱系統中，一般采用離子熒光探測的方法獲得一段時間內的光子計數，通過閾值甄別的方法判斷離子處于“亮”或“暗”態，這種方法獲得的信息較少，不能達到較高的保真度。

　　李傳鋒研究組提出了利用機器學習算法分析光子到達探測器時間序列的方法來甄別離子態。相比閾值甄別，可以在更短的時間內獲得更高的保真度。為了實現對離子態的快速實時讀取，研究組進一步在現場可編程門陣列（FPGA）硬件上編程，并運行機器學習算法，在總時間170微秒內對Yb171離子讀取保真度大于99.5%，其中包含了熒光探測時間和硬件算法運行時間。

　　該工作研發的硬件容易進一步開發成功能模塊，可以應用于現有離子或者原子熒光態讀取實驗體系上，從而在不改變其他實驗條件的前提下，提高量子態讀取的速度和保真度。

　　論文第一作者是中科院量子信息重點實驗室本科生丁子涵。上述研究得到科技部、國家基金委、中科院和安徽省的支持。

中國科大實現囚禁離子量子態快速高保真度讀出