离子阱量子计算机
Ion I
离子阱量子计算机具有量子比特之间连接性好、相干时间长、门操控保真度高、全同量子比特等特点，已成为量子计算机发展中的优势路线之一。其基于电荷和磁场间所产生的交互作用力约束带电离子运动,并利用受限离子的能级作为量子比特,利用微波或激光操控量子态,通过连续泵浦光和态相关荧光实现量子比特的初始化和探测。
可操控离子数
2-12个离子（可选）
单比特门保真度
优于99.97%
两比特门保真度
优于99.7%
相干时间T2*
优于100 ms
产品结构
国仪量子的Ion 1机型具备超高的集成化和小型化优势,整机由真空与阱系统、光路与稳频系统、测控与电子学系统、激光与微波控制系统组成。
真空腔与阱系统
真空与阱系统为用户提供一套稳定的离子囚禁平台,真空腔体预留8个视窗用于离子操控,同时预留了换样和泵连接接口,经过长时间实验验证,该系统可稳定囚禁12个离子，2离子稳定囚禁时间高达48小时。
- 真空度: ≤2*10-9 Pa
- 视窗数量: 8
- 视窗光透过率: ≥97%
- 稳定囚禁时间:48 h@2 bit，12 h@10 bit
- 阱频:轴向 1 MHz、径向 3 MHz
| 真空腔 | |
|---|---|
| 真空度 | ≤2*10-9 Pa |
| 视窗 | 共 8 个窗口,其中1个用于荧光收集,两个预留用于寻址,剩下5个为普通窗口,所有窗口均镀上高透膜 |
| 预留接口 | 电子学接口:预留2个RF信号输入接口和10个DC输入接口 |
| 泵链接:预留一个接口使用吸气复合泵维持真空 | |
| 换样 :预留一个接口用来换样 | |
| 阱芯片 | |
|---|---|
| 线性晶体离子数 | ≥10 |
| 微运动调制系数 | ≤0.08 |
| 沿三个方向加热率 | ≤100 q/s |
| 支架材料 | 氧化铝陶瓷支架 |
| 靶材 | 包含一块钙40靶材,安装在离阱1 cm左右位置 |
光路与稳频系统
光路与稳频系统在整机系统中占据了较大的空间，同时也是较为复杂的一个模块。使用到的激光器由 532 nm 的 Ablation 光，423 nm、375 nm 的电离光，397 nm 的冷却光，866 nm、854 nm 的回泵光，729 nm 的 shelving 光，397.5 nm 的拉曼光。由于系统对于激光频率稳定有着较高的要求，对于729 nm、866 nm、854 nm、397 nm的激光做了激光稳频的处理。
| 波长 | 534/657/729/871/934/1068/1550 nm 其他波长可定制 |
| 激光功率 | ～0.2 mW |
| 真空度 | ＜5×10-5 Pa |
| 热响应 | ＜5 mK/K |
| 艾伦偏差 | ＜5×10-15@1~60 s (扣除线性漂移) |
| 线性漂移率 | ＜0.3 Hz/s |
| 真空腔封装 | ～260 mm(D)×220 mm(H) |
| 线宽 | 2 Hz@729 nm |
| 精细度 | ≥10万 |
束缚电场系统
稳定的电场将使离子一直保持在射频零点的位置，电场的漂移将使离子离开射频零点，使得微运动调制系数发生漂移。这就对射频电压与直流电压的天漂移以及噪声等指标提出了较高的要求。束缚电场系统主要包括RF 源系统和DC源系统两个核心模块。
射频源系统
射频系统提供高压的射频电压信号，施加于阱芯片的射频电极；Q值越高需要提供的射频功率越低，谐振腔Q值与谐振腔输出后段的连线的等效电阻有关，若后段连线的等效电阻越高，则Q值越小；同时谐振腔铜壳的接地越好，Q值也会越高；线圈的耦合依赖经验技术。
| 中心频率 | 35MHz±2M |
| 带载Q值 | ≥350 |
| 材料 | 紫铜 |
直流源系统
直流源提供DC电极的信号，电压稳定，天漂移＜20 mV，电压输出范围为±20 V，噪声＜1 mV。
| 功能需求 | 需求描述 |
|---|---|
| 尺寸 | 1U机箱 |
| 通道数量 | 8通道 |
| DC最大范围 | ±20V |
| DC量程档位 | ±20mV、±200mV、±2V、±20V |
| 输出接口 | BNC |
| 使用环境 | 室温（23±5℃） |
| 通信接口 | 百兆网口/USB/GPIB |
| 主控类型 | ARM(STM32-F4) |
| 外部输入信号 | 外部时钟输入×1/外部触发输入×2 |
| 电压切换时间 | ≤2ms |
| 输出功能 | 带LC低通滤波（≤10kHz） |
| 存储空间 | 100个电压数据/ch |
多通道射频/脉冲序列发生器
离子阱量子计算测控系统为用户提供一套高精度、强扩展性的一体化集成离子阱操控平台，测控系统以 PXIE 机箱为单元，每个机箱内部集成最多 21 个插件板卡（最多 18 个功能板卡），板卡类型可由用户自由组合。
| 组件 | 需求描述 |
|---|---|
| 机箱背板(标配) | 结构尺寸：机箱 19 英寸 4U，420mm 深， 21 插槽；插件板卡 3U 高度，板卡尺寸100×220mm（宽×长，竖插板卡） |
| 散热方式：风速可控，后部风扇，前后吸入式散热 | |
| 背板传输：Serdes、ComIO、BusIO 等，Serdes 传输速率 2Gbps | |
| 电源：220V输入，支持最高 1500W | |
| 主控板(标配) | 数据传输通道：18 对 SERDES 高速串行链路 |
| 通信方式：千兆以太网，USB2.0/3.0 | |
| 同步接口：2 路 SFP 同步接口 | |
| 时钟分发板(标配) | 时钟输出：18 路背板输出，2 路前面板输出 |
| 触发输出：36 路背板熟路，4 路前面板输出 | |
| 时钟输出相噪：≤-140dBc/Hz@100MHz offset10KHz | |
| 触发输出边沿：≤1 ns(10%-90%) | |
| 通道间偏差：≤100ps | |
| 常态波形产生板(可选) | 通道数：单板卡 4 通道输出 |
| 波形类型：Sine，瞬时单频 | |
| 输出带宽：10-800 MHz | |
| 采样率：2.4 Gsa/s | |
| 幅度分辨率：0.12 mV | |
| 频率分辨率：48 bit | |
| 输出范围：0-10 dBm |
