近日，啟科量子正式發(fā)布了模塊化低溫離子阱<Aba|Qu|Cryoct>(以下簡(jiǎn)稱<Aba|Qu|Cryoct>)，這是啟科量子繼發(fā)布量子測(cè)控系統(tǒng)<Qu|Soil>之后在離子阱量子計(jì)算機(jī)工程化領(lǐng)域又一重大突破。<Aba|Qu|Cryoct>將離子阱相關(guān)的光學(xué)、機(jī)械和電子三大要素進(jìn)行了模塊化整合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了離子阱整體封裝，支持即插即用，為離子阱量子計(jì)算系統(tǒng)的小型化和商用化奠定了基礎(chǔ)，引領(lǐng)了離子阱技術(shù)低溫模塊的技術(shù)趨勢(shì)。

囚禁離子量子體系是最有希望用于實(shí)際量子計(jì)算(QC)的系統(tǒng)之一，作為囚禁離子量子計(jì)算機(jī)的核心部件，離子阱本身的性能直接決定了量子比特的數(shù)量和質(zhì)量，因此離子阱的設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)一直是離子阱量子計(jì)算領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

目前，全球的離子阱研發(fā)團(tuán)隊(duì)在提高離子阱囚禁性能方面已經(jīng)取得了比較豐富的科研成果，各種不同形式的離子阱已經(jīng)得到應(yīng)用，如四極桿阱、刀片型離子阱、針極阱、2.5D多層電極阱以及表面阱等。其中，面向科研的離子阱因?yàn)樽⒅厍艚阅?，所以一直存在裝配難度大、電氣和光學(xué)整合設(shè)計(jì)不完善、對(duì)操作者專業(yè)度要求高等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)便捷的工程化安裝，美國(guó)ColdQuanta公司和奧地利AQT公司分別推出了模塊化設(shè)計(jì)的離子阱封裝產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)的科研院所和相關(guān)量子計(jì)算公司都沒(méi)有開(kāi)展相關(guān)研發(fā)，這一直是國(guó)內(nèi)原子型量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的空白。

圖1 國(guó)外某科研團(tuán)隊(duì)的刀片型離子阱

圖2 奧地利的AQT公司推出的常溫離子阱產(chǎn)品PINE

在上述背景下，作為亞洲第一、國(guó)內(nèi)首家離子阱量子計(jì)算公司，啟科量子從2021年7月份開(kāi)始著手研發(fā)低溫離子阱模塊化封裝產(chǎn)品<Aba|Qu|Cryoct>。該產(chǎn)品采用分段式刀片電極結(jié)構(gòu)，通過(guò)高度集成化的設(shè)計(jì)和微納加工工藝，在火柴盒大小的空間內(nèi)將離子阱電極、直流濾波電路、原子源進(jìn)行整體封裝，并提供了標(biāo)準(zhǔn)化的電氣接口和光學(xué)通道。在超高真空獲取方面，基于低溫泵效應(yīng)和高性能吸附材料，在離子阱封裝內(nèi)部直接實(shí)現(xiàn)超高真空獲取。

圖3 <Aba|Qu|Cryoct>的外觀效果圖

<Aba|Qu|Cryoct>外殼為八面柱體設(shè)計(jì)，采用高純度無(wú)氧銅材料，性能得以保證。表面進(jìn)行了鍍金處理，以防止表面氧化，這樣的設(shè)計(jì)大幅降低了表面放氣率和黑體發(fā)射率，提高了離子阱工作環(huán)境的真空度，降低了輻射漏熱?？紤]到激光操控的便捷性，<Aba|Qu|Cryoct>的八面體外殼上設(shè)置了多個(gè)激光視窗，表面增透鍍膜技術(shù)使激光透射率高達(dá)95%以上。同時(shí)，為縮短光子收集物鏡到離子阱中心的距離，<Aba|Qu|Cryoct>外殼表面還設(shè)置了光子收集圓錐形內(nèi)凹透射窗口，光子收集效率大幅提升，量子態(tài)探測(cè)保真度得到保障。

在電路設(shè)計(jì)方面，啟科量子科研團(tuán)隊(duì)放棄了自由空間走線方式，而是對(duì)微型高密度多芯接口及微型射頻連接器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部電路的緊湊化。同時(shí)，電極的對(duì)稱斜角分布有助于長(zhǎng)鏈型離子囚禁，這也得益于電路設(shè)計(jì)帶來(lái)的空間盈余。

圖4 <Aba|Qu|Cryoct>與一元硬幣的大小對(duì)比圖

目前，<Aba|Qu|Cryoct>已完成設(shè)計(jì)，正在進(jìn)行加工及測(cè)試，相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)已提交申請(qǐng)/授權(quán)通過(guò)。經(jīng)過(guò)不懈努力，該產(chǎn)品已開(kāi)啟訂購(gòu)，國(guó)內(nèi)多所高校及科研機(jī)構(gòu)已表達(dá)了購(gòu)買(mǎi)意愿并與啟科量子開(kāi)展洽談。<Aba|Qu|Cryoct>的成功研發(fā)，意味著我國(guó)在離子阱量子計(jì)算核心部件方面掌握了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為離子阱路線的量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)百比特，乃至千比特打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。啟科量子作為國(guó)內(nèi)離子阱量子計(jì)算的領(lǐng)先企業(yè)，不斷推進(jìn)量子計(jì)算機(jī)的工程化、產(chǎn)品化，本次率先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了離子阱模塊產(chǎn)品化，為我國(guó)的量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化發(fā)展注入了強(qiáng)勁力量。