量子計算機(jī)是一種可以實現(xiàn)量子計算的機(jī)器，它通過量子力學(xué)規(guī)律以實現(xiàn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算，處理和儲存信息。它以量子態(tài)為記憶單元和信息儲存形式，以量子動力學(xué)演化為信息傳遞與加工基礎(chǔ)的量子通訊與量子計算，在量子計算機(jī)中其硬件的各種元件的尺寸達(dá)到原子或分子的量級。量子計算機(jī)是一個物理系統(tǒng)，它能存儲和處理用量子比特表示的信息。

事實上，當(dāng)“量子計算”這一概念被提出之后，科學(xué)家們就前赴后繼，為了在物理上和工程上實現(xiàn)它而努力。迄今為止，科學(xué)家們提出過的量子計算機(jī)的實現(xiàn)形式有很多種，最終大浪淘沙，現(xiàn)今主流的實現(xiàn)量子計算的三種方式是超導(dǎo)電路、半導(dǎo)體量子芯片和離子阱，這其中離子阱量子計算由于具有單量子比特門、雙量子比特門保真度高、相干時間較長、狀態(tài)制備和讀出更直接和量子比特可重復(fù)性高的特點(diǎn)，成為目前熱門的量子計算技術(shù)。

離子如何被捕獲，又如何被控制呢?離子是單個帶電荷的原子，通過控制電荷來控制電場和磁場、熱離子加激光、激光冷卻后，離子的速度就可以變得很低，最后用光再測量。

由于離子是極小的目標(biāo)，因此發(fā)光非常微弱，離子狀態(tài)的確定需要準(zhǔn)確、快速，而且最好能擴(kuò)展到許多離子。傳統(tǒng)的方法需要使用電子倍增探測器(EMCCD)進(jìn)行觀測。然而EMCCD的價格比較昂貴，且貨期具有非常大的不確定性。

最近Photonis新推出了INocturn系列新一代像增強(qiáng)器相機(jī)，相較于EMCCD，INocturn具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)。

靈敏度高：單離子成像最短曝光之間可低至16us，以更小的時間單位得到泊松分布情況

讀出速度快： 通過ROI，上限可至50K fps

體積小重量輕：37 x 37 x 85 mm，170g，更易于集成在量子計算機(jī)中

即插即用：USB供電及通訊，無需多余電纜

性價比高：卓越的價格優(yōu)勢，可助力量子計算機(jī)的規(guī)?；瘧?yīng)用

貨期保證：1-2個月的貨期，且沒有任何出口限制

實驗系統(tǒng)

近期我們在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)對INocturn系列像增強(qiáng)相機(jī)做了單離子成像測試，在各種不同工作模式下做了多組測試，獲得了用戶的認(rèn)可，此款像增強(qiáng)相機(jī)可以作為離子阱探測的一種新的選擇。

實驗記錄：

測試對象：Be+離子, 313nm點(diǎn)光源光信號

實驗相機(jī)：INocturn HI-QE Blue像增強(qiáng)相機(jī)

1.連續(xù)模式拍照測試

2.點(diǎn)光源單次成像測試

測試過程：設(shè)置固定積分時間，讓相機(jī)在兩種不同條件下進(jìn)行連續(xù)拍照，以表征在短曝光時間的情形下，相機(jī)對信號的讀出可靠性。

a.有一個發(fā)光的點(diǎn)光源信號

b.沒有點(diǎn)光源信號，有雜散光(等同于點(diǎn)光源不發(fā)光的情形)

參數(shù)：

積分時間 0.056ms

拍照數(shù)量 100

使用軟件處理拍下來的照片，其中有信號的照片100張，沒有信號的100張 通過圖像處理找到點(diǎn)光源位置，以此為中心設(shè)置合適的ROI

對ROI內(nèi)像素進(jìn)行求和處理得到計數(shù)，畫出在三種情況下計數(shù)分布直方圖

綠色：無雜散光，純暗記數(shù)(取照片上雜散光照不到的區(qū)域)

藍(lán)色：沒有點(diǎn)光源信號，雜散光引起的一些計數(shù)

橙色：點(diǎn)光源信號

亮度分辨直方圖：

可見當(dāng)設(shè)置threshold為25時，可以以較高幾率正確區(qū)分信號亮態(tài)和暗態(tài)

延長積分時間，重復(fù)試驗

積分時間 0.300ms

拍照數(shù)量 100

追蹤點(diǎn)光源位置(100張平均)

亮度分辨直方圖：

以上實驗數(shù)據(jù)來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院近代物理系量子信息實驗室。

審核編輯 黃宇