量子計算機是一種可以實現量子計算的機器，它通過量子力學規(guī)律以實現數學和邏輯運算，處理和儲存信息。它以量子態(tài)為記憶單元和信息儲存形式，以量子動力學演化為信息傳遞與加工基礎的量子通訊與量子計算，在量子計算機中其硬件的各種元件的尺寸達到原子或分子的量級。量子計算機是一個物理系統(tǒng)，它能存儲和處理用量子比特表示的信息。

事實上，當“量子計算”這一概念被提出之后，科學家們就前赴后繼，為了在物理上和工程上實現它而努力。迄今為止，科學家們提出過的量子計算機的實現形式有很多種，最終大浪淘沙，現今主流的實現量子計算的三種方式是超導電路、半導體量子芯片和離子阱，這其中離子阱量子計算由于具有單量子比特門、雙量子比特門保真度高、相干時間較長、狀態(tài)制備和讀出更直接和量子比特可重復性高的特點，成為目前熱門的量子計算技術。

離子如何被捕獲，又如何被控制呢?離子是單個帶電荷的原子，通過控制電荷來控制電場和磁場、熱離子加激光、激光冷卻后，離子的速度就可以變得很低，最后用光再測量。

由于離子是極小的目標，因此發(fā)光非常微弱，離子狀態(tài)的確定需要準確、快速，而且最好能擴展到許多離子。傳統(tǒng)的方法需要使用電子倍增探測器(EMCCD)進行觀測。然而EMCCD的價格比較昂貴，且貨期具有非常大的不確定性。

最近Photonis新推出了INocturn系列新一代像增強器相機，相較于EMCCD，INocturn具有如下顯著優(yōu)點。

靈敏度高：單離子成像最短曝光之間可低至16us，以更小的時間單位得到泊松分布情況

讀出速度快： 通過ROI，上限可至50K fps

體積小重量輕：37 x 37 x 85 mm，170g，更易于集成在量子計算機中

即插即用：USB供電及通訊，無需多余電纜

性價比高：卓越的價格優(yōu)勢，可助力量子計算機的規(guī)模化應用

貨期保證：1-2個月的貨期，且沒有任何出口限制

實驗系統(tǒng)

近期我們在中國科學技術大學對INocturn系列像增強相機做了單離子成像測試，在各種不同工作模式下做了多組測試，獲得了用戶的認可，此款像增強相機可以作為離子阱探測的一種新的選擇。

實驗記錄：

測試對象：Be+離子, 313nm點光源光信號

實驗相機：INocturn HI-QE Blue像增強相機

1.連續(xù)模式拍照測試

2.點光源單次成像測試

測試過程：設置固定積分時間，讓相機在兩種不同條件下進行連續(xù)拍照，以表征在短曝光時間的情形下，相機對信號的讀出可靠性。

a.有一個發(fā)光的點光源信號

b.沒有點光源信號，有雜散光(等同于點光源不發(fā)光的情形)

參數：

積分時間 0.056ms

拍照數量 100

使用軟件處理拍下來的照片，其中有信號的照片100張，沒有信號的100張 通過圖像處理找到點光源位置，以此為中心設置合適的ROI

對ROI內像素進行求和處理得到計數，畫出在三種情況下計數分布直方圖

綠色：無雜散光，純暗記數(取照片上雜散光照不到的區(qū)域)

藍色：沒有點光源信號，雜散光引起的一些計數

橙色：點光源信號

亮度分辨直方圖：

可見當設置threshold為25時，可以以較高幾率正確區(qū)分信號亮態(tài)和暗態(tài)

延長積分時間，重復試驗

積分時間 0.300ms

拍照數量 100

追蹤點光源位置(100張平均)

亮度分辨直方圖：

以上實驗數據來源：中國科學技術大學物理學院近代物理系量子信息實驗室。

審核編輯 黃宇