當(dāng)你走進(jìn)一個(gè)量子實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家們在那里捕捉離子，你會(huì)發(fā)現(xiàn)長凳上擺滿了鏡子和透鏡，所有的聚焦激光都用來擊中“被困”在芯片上方的離子。通過使用激光來控制離子，科學(xué)家們已經(jīng)學(xué)會(huì)了利用離子作為量子比特，或量子比特—量子計(jì)算機(jī)中的基本數(shù)據(jù)單位。但是，這種激光裝置現(xiàn)在阻礙了研究，使人們很難用幾個(gè)以上的離子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也很難將這些系統(tǒng)帶出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際使用。

　　現(xiàn)在，林肯實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種將激光傳輸?shù)奖徊东@離子上的緊湊方法。在《自然Nature》雜志上發(fā)表的一篇論文中，研究人員描述了一種插入離子阱芯片的光纖塊，將光耦合到芯片本身制造的光波導(dǎo)上。通過這些波導(dǎo)，多個(gè)波長的光可以穿過芯片并釋放出來，擊中上面的離子。

　　論文作者、林肯實(shí)驗(yàn)室量子信息和集成納米系統(tǒng)組的高級職員 Jeremy Sage說：“這一領(lǐng)域的許多人都清楚，傳統(tǒng)的方法，使用鏡子和透鏡等自由空間光學(xué)技術(shù)，只會(huì)走到這一步。如果光被帶到芯片上，它可以被引導(dǎo)到許多需要它的地方。許多波長的集成傳輸可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)非?？蓴U(kuò)展和便攜的平臺(tái)。我們首次證明這是可以做到的。”

　　計(jì)算捕獲離子需要精確地獨(dú)立地控制每個(gè)離子。自由空間光學(xué)可以很好地控制一維短鏈中的一些離子。但是在一個(gè)更大的或二維的原子團(tuán)中擊中一個(gè)離子，而不擊中它的鄰居，是非常困難的。當(dāng)想象一臺(tái)實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)需要數(shù)千個(gè)離子時(shí)，這種激光控制的任務(wù)似乎不切實(shí)際。

　　這個(gè)迫在眉睫的問題讓研究人員找到了另一種方法。2016年，林肯實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院的研究人員展示了一種內(nèi)置光學(xué)元件的新芯片。他們將一束紅色激光聚焦到芯片上，芯片上的波導(dǎo)將光傳送到光柵耦合器上，這種耦合器是一種隆隆的長條，用來阻止光線并將其引導(dǎo)到離子上。

　　紅光對于做一個(gè)稱為量子門的基本操作至關(guān)重要，這是團(tuán)隊(duì)在第一次演示中所做的。但是，要完成量子計(jì)算所需的一切，需要多達(dá)六個(gè)不同的彩色激光器：準(zhǔn)備離子，冷卻離子，讀出它的能量狀態(tài)，并執(zhí)行量子門。利用這一最新芯片，研究小組將其原理證明擴(kuò)展到了其他這些所需波長，從紫羅蘭到近紅外。