科学家研发全新激光控制技术，实现对单个量子比特的最高精度控制

一项加拿大科学家在量子计算领域的突破性研究。他们利用激光技术成功地开发出了目前已知最强大的一种方法来控制由化学元素钡制成的单个量子比特。这一成果对于实现未来功能型量子计算机具有重要意义。

在这项研究中，滑铁卢大学量子计算研究所(IQC)的研究人员使用小型玻璃波导将激光束分离并聚焦到4微米，这一精度达到了人类头发宽度的4%。这种设计有效地减少了串扰量，使得每个聚焦的激光束可以在其目标量子比特上实现高度精确和并行的控制，这是以前的研究无法实现的。

此外，这项新技术还可以在不影响其“邻居”的情况下与任何离子“交谈”，同时还能最大程度地控制每个离子的能力。这被认为是学术界和工业界迄今为止出现的最为灵活的离子量子比特控制系统。

研究人员选择钡离子作为实验对象，因为钡离子在俘获离子量子计算领域越来越受欢迎，它具有方便操作的能量态，可以用作量子比特的零能级和一能级，并且可以使用可见绿光进行操作。在此之前，对其他原子进行相同操作通常需要更高能量的紫外线，而现在研究人员不再受此局限，一些不适用于紫外线波长的商用光学技术也可以使用了。

这种新型波导芯片将单个激光束分成16个不同的光通道，然后将每个通道引导到单独的基于光纤的调制器中，以便对每个激光束的强度、频率和相位进行敏捷控制。最后，通过一系列类似于望远镜的光学透镜，将激光束聚焦到其小间距，并使用相机传感器精确测量并确认每个激光束的焦点。

这种强大的控制方法既简单又精确，展示了操纵离子编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中的巨大潜力。虽然量子计算机原理并不复杂，但在实际实现过程中仍面临许多技术难题。钡作为一种有前景的候选元素，它的引入为量子计算机提供了更多的选项。未来的量子计算机可能会是一个包含多种模块的开放式系统。