加拿大滑铁卢大学量子计算研究所 (IQC)的研究人员利用激光开发出了目前已知的最强大的新方法，该方法可以控制由化学元素钡制成的单个量子位，可靠地控制单个量子位对于实现未来的功能性量子计算机是一项重要的成就，这项研究成果已经发表在《Quantum Science and Technology》期刊上。该方法利用小型玻璃波导来分离激光束，并将它们聚焦在四微米的距离上，大约是单根人类头发宽度的百分之四。每个聚焦激光束在其目标量子位上的并行控制精度和程度是以前的研究无法比拟的。
绿色激光满足操纵钡离子能态所需要的能量
滑铁卢大学IQC 和物理与天文学系的教授K. Rajibul Islam 博士说：“我们的设计将串扰量（落在相邻离子上的光量）限制在非常小的相对强度 0.01%，这是量子学界中最好的之一，与以前对单个离子进行灵活控制的方法不同，基于光纤的调制器不会相互影响。这意味着我们可以在不影响其邻居的情况下与任何离子通信，同时还保留在最大可能范围内控制每个离子的能力。这是我们所知道的在学术界和工业界中拥有如此高精度的最灵活的离子量子位控制系统。”
研究人员选择以钡离子作为目标，这种离子在俘获离子量子计算领域越来越受欢迎。钡离子具有方便的能态，可以用作量子位的零能级和一能级，并可以使用可见得绿光进行操纵，这与其他原子类型进行相同操纵所需的更高能量的紫外线不同。这使得研究人员能够使用不适用于紫外线波长的商用光学技术。研究人员创建了一种波导芯片，可将单个激光束分成 16 个不同的光通道。然后，每个通道被引导到单独的基于光纤的调制器中，这些调制器可以独立地对每个激光束的强度、频率和相位提供灵活的控制。然后使用一系列类似于望远镜的光学透镜将激光束聚焦到较小的间距。研究人员通过使用精密的相机传感器测量每束激光束的焦点并确认其控制效果。
Islam 的联合首席研究员、滑铁卢大学IQC 和物理与天文学系的教员 Crystal Senko 博士说：“这项工作是我们滑铁卢大学利用原子系统构建钡离子量子处理器的工作的一部分，我们选择使用离子是因为它们是相同的、自然产生的量子位，所以我们不需要制造它们。我们的任务是找到控制它们的方法。”这种新的波导方法展示了一种简单而精确的控制方法，显示出操纵离子编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中实现的前景。
