量子計(jì)算機(jī)是一種可以實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的機(jī)器，它通過(guò)量子力學(xué)規(guī)律以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算，處理和儲(chǔ)存信息。它以量子態(tài)為記憶單元和信息儲(chǔ)存形式，以量子動(dòng)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(jì)算，在量子計(jì)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(jí)。量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)物理系統(tǒng)，它能存儲(chǔ)和處理用量子比特表示的信息。

事實(shí)上，當(dāng)“量子計(jì)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(shí)現(xiàn)它而努力。迄今為止，科學(xué)家們提出過(guò)的量子計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)形式有很多種，最終大浪淘沙，現(xiàn)今主流的實(shí)現(xiàn)量子計(jì)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(jì)算由于具有單量子比特門(mén)、雙量子比特門(mén)保真度高、相干時(shí)間較長(zhǎng)、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(mén)的量子計(jì)算技術(shù)。

離子如何被捕獲，又如何被控制呢?離子是單個(gè)帶電荷的原子，通過(guò)控制電荷來(lái)控制電場(chǎng)和磁場(chǎng)、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(cè)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(cè)器(EMCCD)進(jìn)行觀測(cè)。然而EMCCD的價(jià)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：?jiǎn)坞x子成像最短曝光之間可低至16us，以更小的時(shí)間單位得到泊松分布情況

讀出速度快： 通過(guò)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(jì)算機(jī)中

即插即用：USB供電及通訊，無(wú)需多余電纜

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

貨期保證：1-2個(gè)月的貨期，且沒(méi)有任何出口限制

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

近期我們?cè)谥袊?guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)對(duì)INocturn系列像增強(qiáng)相機(jī)做了單離子成像測(cè)試，在各種不同工作模式下做了多組測(cè)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(cè)的一種新的選擇。

實(shí)驗(yàn)記錄：

測(cè)試對(duì)象：Be+離子, 313nm點(diǎn)光源光信號(hào)

實(shí)驗(yàn)相機(jī)：INocturn HI-QE Blue像增強(qiáng)相機(jī)

1.連續(xù)模式拍照測(cè)試

2.點(diǎn)光源單次成像測(cè)試

測(cè)試過(guò)程：設(shè)置固定積分時(shí)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(shí)間的情形下，相機(jī)對(duì)信號(hào)的讀出可靠性。

a.有一個(gè)發(fā)光的點(diǎn)光源信號(hào)

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

參數(shù)：

積分時(shí)間 0.056ms

拍照數(shù)量 100

使用軟件處理拍下來(lái)的照片，其中有信號(hào)的照片100張，沒(méi)有信號(hào)的100張 通過(guò)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(duì)ROI內(nèi)像素進(jìn)行求和處理得到計(jì)數(shù)，畫(huà)出在三種情況下計(jì)數(shù)分布直方圖

綠色：無(wú)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(méi)有點(diǎn)光源信號(hào)，雜散光引起的一些計(jì)數(shù)

橙色：點(diǎn)光源信號(hào)

亮度分辨直方圖：

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

延長(zhǎng)積分時(shí)間，重復(fù)試驗(yàn)

積分時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院近代物理系量子信息實(shí)驗(yàn)室。

審核編輯 黃宇