俘获离子量子电荷耦合器件 (QCCD) 架构是先进量子信息处理的领先候选者。在当前的 QCCD 实现中，不完美的离子传输和异常加热可能会在计算过程中激发离子运动。为了解决这个问题，需要中间冷却来维持高保真门性能。与其他物种的离子同频冷却计算离子是一种常用的策略，但会造成严重的运行时瓶颈。

在这里，佐治亚理工学院Spencer D. Fallek演示了一种称为交换冷却的不同方法。

文章要点

1）与交感冷却不同，交换冷却不需要捕获两种不同的原子种类。该协议引入了一组反复激光冷却的“冷却剂”离子。然后可以通过将冷却剂离子传输到其附近来冷却计算离子。

2）研究人员用两个 ⁴⁰Ca⁺ 离子实验测试了这个概念，在 107 μs 内执行必要的传输，比典型的交感冷却持续时间快一个数量级。此外，从计算离子中去除了超过 96% 和多达 102(5) 量子的轴向运动能量。

3）研究人员验证了重新冷却冷却剂离子不会使计算离子退相干。该方法验证了单物质 QCCD 处理器的可行性，该处理器能够进行快速量子模拟和计算。

参考文献

Fallek, S.D., Sandhu, V.S., McGill, R.A. et al. Rapid exchange cooling with trapped ions. Nat Commun 15, 1089 (2024).

DOI：10.1038/s41467-024-45232-z

https://doi.org/10.1038/s41467-024-45232-z