近日，滑铁卢大学的研究人员发现了使用全息光学工程技术控制单个离子的最精确方法。这项新技术首次使用了全息光学元件来控制捕获的离子量子比特，它有望帮助创建更精确的量子比特控制。这一技术有助于量子硬件的开发，以进一步开展新的量子模拟实验以及可能为捕获离子量子比特提供量子误差校正。

滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）的博士生Chung-You Shih说：“我们的算法可计算全息图的轮廓并消除光线中的像差，这使我们能够开发出一种高度精确的离子编程技术。”

滑铁卢大学物理学与天文系的Kazi Rajibul Islam教授是这项工作的首席研究员。自2019年以来，他的团队一直在量子信息实验室中捕获用于量子模拟的离子，但他还需要一种精确的方法来控制它们。

对准离子的激光可以与离子进行“交谈”并改变离子的量子态，这形成了量子信息处理的基础。他们之前面临着一个难题，由于被捕获的离子之间的距离只有几微米，激光束的像差、宽焦点和畸变会导致串扰产生。他们以前的研究一直在与串扰作斗争，因为如果把激光聚焦在一个离子上，光还会作用到周围的离子上。

因此该研究团队想要对激发离子的激光束轮廓进行精确设计。为了实现这一目标，他们将激光的宽度最大达到1厘米，然后通过数字微镜设备（DMD）发送，该设备是可编程的并可用来作“电影”放映机。DMD芯片上有200万微米的反射镜，这些反射镜可通过电压实现单独控制。他们使用了该研究所博士生Shih开发的算法，通过对DMD芯片进行编程后能显示全息图案。并可以实现精确控制DMD产生的全息光的强度和相位。

在测试中，该团队已经能够用全息光操纵每个离子。借助此设备，这个团队使用离子作为传感器成功地表征了像差。然后他们通过调整全息图来消除这种像差，从而获得了世界上最低的串扰。

Shih说：“使用商用DMD设备的技术面临挑战。因为它的控制器是为投影仪和UV光刻机而不是量子实验制造的。我们的下一步计划是开发自己的可用于量子计算实验的硬件。”

这项研究旨在对被捕获的离子进行可重编程的高精度全息光学寻址，以实现可扩展的量子比特控制。该研究成果发表在近期的《npj量子信息》杂志上。（编译/ RobotNet）