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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022161879
(43)【公開日】2022-10-21
(54)【発明の名称】信号操作要素を使用する量子コンピューティング
(51)【国際特許分類】
G06N 10/40 20220101AFI20221014BHJP
H01J 49/06 20060101ALI20221014BHJP
H01J 49/16 20060101ALI20221014BHJP
H01J 49/00 20060101ALI20221014BHJP
H01J 49/02 20060101ALI20221014BHJP
B82Y 10/00 20110101ALI20221014BHJP
G06N 10/20 20220101ALI20221014BHJP
G02F 3/00 20060101ALI20221014BHJP
【ＦＩ】
G06N10/40
H01J49/06
H01J49/16 100
H01J49/00 310
H01J49/02 500
B82Y10/00
G06N10/20
G02F3/00 501
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022063891
(22)【出願日】2022-04-07
(31)【優先権主張番号】63/201,018
(32)【優先日】2021-04-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/653,979
(32)【優先日】2022-03-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】522047446
【氏名又は名称】クオンティニュアム エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】マシュー・ボーン
(72)【発明者】
【氏名】アダム・オラニク
【テーマコード（参考）】
2K102
5C038
【Ｆターム（参考）】
2K102BA31
2K102BB01
2K102BB04
2K102BB05
2K102BB10
2K102BC01
2K102DA16
2K102DC09
2K102DD10
2K102EA02
2K102EA19
2K102EA21
2K102EB10
2K102EB16
2K102EB20
2K102EB30
5C038FF13
(57)【要約】
【課題】原子オブジェクト閉じ込め装置と１つまたは複数の信号操作要素とを備えるシステムが提供される。
【解決手段】各信号操作要素は、（ａ）原子オブジェクト閉じ込め装置のそれぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられ、（ｂ）収集アレイまたは作用アレイのうちの１つである。収集アレイは、それぞれの原子オブジェクト位置における原子オブジェクトによって放射された放射信号が収集アレイ上に入射することに応答して、誘導された収集信号をそれぞれの収集位置に提供するように構成される。作用アレイは、到来信号が作用アレイ上に入射することに応答して、誘導された作用信号をそれぞれの原子オブジェクト位置に提供するように構成される。１つまたは複数の信号操作要素は、メタマテリアルアレイおよび／または回折光学素子を備える。
【選択図】図７Ａ
【解決手段】各信号操作要素は、（ａ）原子オブジェクト閉じ込め装置のそれぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられ、（ｂ）収集アレイまたは作用アレイのうちの１つである。収集アレイは、それぞれの原子オブジェクト位置における原子オブジェクトによって放射された放射信号が収集アレイ上に入射することに応答して、誘導された収集信号をそれぞれの収集位置に提供するように構成される。作用アレイは、到来信号が作用アレイ上に入射することに応答して、誘導された作用信号をそれぞれの原子オブジェクト位置に提供するように構成される。１つまたは複数の信号操作要素は、メタマテリアルアレイおよび／または回折光学素子を備える。
【選択図】図７Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つまたは複数の原子オブジェクトを閉じ込めるように構成された閉じ込め電位を生成するように構成された複数の電極を備える原子オブジェクト閉じ込め装置であって、前記閉じ込め電位が複数の原子オブジェクト位置を規定する、原子オブジェクト閉じ込め装置と、
１つまたは複数の信号操作要素とを備え、前記１つまたは複数の信号操作要素の各信号操作要素が、（ａ）前記複数の原子オブジェクト位置のそれぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられ、（ｂ）
前記それぞれの原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号が収集アレイ上に入射することに応答して、誘導された収集信号をそれぞれの収集位置に提供するように構成された、収集アレイ、または
操作ソースによって生成された到来信号が作用アレイ上に入射することに応答して、誘導された作用信号を前記それぞれの原子オブジェクト位置に提供するように構成された、作用アレイ
のうちの１つである、システム。
１つまたは複数の信号操作要素とを備え、前記１つまたは複数の信号操作要素の各信号操作要素が、（ａ）前記複数の原子オブジェクト位置のそれぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられ、（ｂ）
前記それぞれの原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号が収集アレイ上に入射することに応答して、誘導された収集信号をそれぞれの収集位置に提供するように構成された、収集アレイ、または
操作ソースによって生成された到来信号が作用アレイ上に入射することに応答して、誘導された作用信号を前記それぞれの原子オブジェクト位置に提供するように構成された、作用アレイ
のうちの１つである、システム。
【請求項2】
前記１つまたは複数の信号操作要素が、（ａ）複数のメタマテリアル構造を備えるメタマテリアルアレイ、または（ｂ）回折光学素子のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記１つまたは複数の信号操作要素が、少なくとも１つのメタマテリアルアレイを備える位置合わせ配置を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記１つまたは複数の信号操作要素が、少なくとも１つの収集アレイと、前記それぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられた１つまたは複数の作用アレイとを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記作用アレイが、原子オブジェクトの光イオン化、前記原子オブジェクトの状態準備、前記原子オブジェクトの量子状態を読み取ること、前記原子オブジェクトもしくは前記原子オブジェクトを含む原子オブジェクト結晶を冷却すること、前記原子オブジェクトを棚上げすること、前記原子オブジェクトを再ポンピングすること、前記原子オブジェクトに対して単一の量子ビットゲートを実行すること、および前記原子オブジェクトを含む原子オブジェクトのセットに対して多量子ビットゲートを実行することからなるグループから選択された量子コンピュータ機能を実行する際に使用するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記作用アレイの前記１つまたは複数のメタマテリアル構造が、前記量子コンピュータ機能を実行する際に使用される波長の作用ビームを誘導するために波長調整される、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記複数のメタマテリアル構造のうちの１つまたは複数のメタマテリアル構造が、前記原子オブジェクト閉じ込め装置の表面から０．５ｎｍから１μｍの範囲における距離で延在する柱である、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記複数のメタマテリアル構造の各メタマテリアル構造が、メタ表面を形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記原子オブジェクト閉じ込め装置の表面が、平面を規定し、前記１つまたは複数の信号操作要素が、前記表面上に配置され、前記作用アレイが、前記平面に対して横方向に伝播する到来信号を受信するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記原子オブジェクト閉じ込め装置の表面が、平面を規定し、前記収集位置が、前記平面の外側に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記１つまたは複数の信号操作要素が、前記原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成されたメタ表面レンズである、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
前記原子オブジェクト閉じ込め装置の基板の少なくとも１つまたは複数の部分が、前記入力信号の波長を有する光、または前記放射信号の波長を有する光のうちの少なくとも１つに対して透明である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項13】
前記１つまたは複数の信号操作要素が、第２の基板上に配置され、前記第２の基板は、前記１つまたは複数の信号操作要素のうちの少なくとも１つを含む前記第２の基板の表面が、前記原子オブジェクト閉じ込め装置の前記複数の電極が上に配置された第１の基板の表面と対向するように配置された、請求項１に記載のシステム。
【請求項14】
前記複数の電極および少なくとも１つの前記操作ソースの動作を制御するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項15】
前記コントローラが、前記収集位置において入射する前記収集信号を示す信号を受信するようにさらに構成された、請求項１４に記載のシステム。
【請求項16】
前記システムが、量子コンピュータの一部であり、前記コントローラが、前記量子コンピュータに量子回路の少なくとも一部を実行させるように前記複数の電極および少なくとも１つの前記操作ソースの前記動作を制御するように構成され、前記１つまたは複数の原子オブジェクトが、前記量子コンピュータの量子ビットとして使用される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項17】
前記操作ソースから前記作用アレイへの光路を規定するように構成された１つまたは複数の光学要素をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項18】
前記１つまたは複数の光学要素が、
二重層メタ表面ビームスプリッタ、
フォトニック集積回路チップおよび１つもしくは複数のバルク光学構成要素、または
統合されたメタ表面を有するフォトニック集積回路チップ
のうちの少なくとも１つを備える、請求項１７に記載のシステム。
二重層メタ表面ビームスプリッタ、
フォトニック集積回路チップおよび１つもしくは複数のバルク光学構成要素、または
統合されたメタ表面を有するフォトニック集積回路チップ
のうちの少なくとも１つを備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
前記それぞれの原子オブジェクト位置に対応する前記収集位置に位置する収集光学系と、前記収集光学系に光学的に結合された１つまたは複数の光検出器とをさらに備え、前記１つまたは複数の光検出器が、前記収集光学系上に入射する前記収集信号を示す信号を生成するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項20】
複数の作用アレイが、前記それぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられ、前記複数の作用アレイのうちの第１の作用アレイが、前記作用信号がその上に入射することに応答して第１の誘導作用信号を提供するように構成され、前記複数の作用アレイのうちの第２の作用アレイが、前記作用信号がその上に入射することに応答して第２の誘導作用信号を提供するように構成され、前記第１の誘導作用信号および前記第２の誘導作用信号が、前記それぞれの原子オブジェクト位置におけるビーム幅、または前記それぞれの原子オブジェクト位置を通る伝播経路のうちの少なくとも１つにおいて異なる、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、その内容が参照によりその全体において本明細書に組み込まれる、２０２１年４月８日に出願した、米国仮出願第６３／２０１，０１８号の優先権を主張するものである。
本出願は、その内容が参照によりその全体において本明細書に組み込まれる、２０２１年４月８日に出願した、米国仮出願第６３／２０１，０１８号の優先権を主張するものである。
【0002】
様々な実施形態は、閉じ込められた原子オブジェクトに光ビームを供給し、および／またはそこから光信号を受信するためのメタマテリアル構造の使用に関する装置、システム、および方法に関する。例示的な実施形態は、量子電荷結合デバイス（ＱＣＣＤ（ｑｕａｎｔｕｍ ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ））ベースの量子コンピュータの閉じ込められた原子オブジェクトに光ビームを提供すること、および／またはそこから光信号を受信することに関する。
【背景技術】
【0003】
量子コンピューティングを実行するためにイオントラップを使用する場合、イオントラップ内に含まれるイオンにレーザビームを印加することによって、量子コンピュータのゲートおよび他の機能が実行される。これらのレーザビームを大規模量子コンピュータに送達することは、トラップ上の低いイオン高さ、レーザビームのレイリー長、および量子コンピュータの機能を実行するためにトラップ内のイオンに送達される必要があるレーザパワーの量のため、重大な課題である。適用された努力、創意工夫、および革新によって、従来のレーザビーム印加技法の多くの欠陥が、本発明の実施形態に従って構造化された解決策を開発することによって解決され、その多くの例について、本明細書で詳細に説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国出願第１６／７１７，６０２号
【特許文献2】米国出願第６３／１９９，２７９号
【特許文献3】米国出願第６３／２００，２６３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
例示的な実施形態は、原子オブジェクト閉じ込め装置内に閉じ込められた原子オブジェクトに１つもしくは複数の操作信号を提供するため、ならびに／または原子オブジェクトによって放出された（光）信号を捕捉および／もしくは検出（任意選択）するための方法、システム、装置、コンピュータプログラム製品などを提供する。様々な実施形態において、原子オブジェクトは、原子、イオン、または原子および／もしくはイオンのペアもしくはグループ（たとえば、イオン結晶）などである。たとえば、様々な実施形態において、原子オブジェクトは、量子コンピュータの量子ビットとして使用される。様々なそのような実施形態において、操作信号は、量子コンピュータの光イオン化、状態準備、量子ビット検出および／もしくは読み取り、冷却、棚上げ（ｓｈｅｌｖｉｎｇ）、再ポンピング、単一量子ビットゲート、ならびに２量子ビットゲートを制御するように構成される。例示的な実施形態について、量子コンピューティング用途（たとえば、量子電荷結合デバイス（ＱＣＣＤ）ベースの量子コンピュータ）に関して本明細書では説明されているが、様々な実施形態は、原子時計、およびそれぞれの原子オブジェクト閉じ込め装置によって閉じ込められた原子オブジェクトの様々な他の用途、量子ドットのリソグラフィ的に規定されたアレイ、ならびに／または特定の場所への光信号の正確な送達、および／もしくは特定の場所において放出された信号の捕捉を必要とする他の用途に関連する。
【0006】
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置は、その上に配置／形成されたおよび／またはそれに対して結合／固定された１つまたは複数のメタマテリアル構造を有する。様々な実施形態において、メタマテリアル構造のうちの少なくともいくつかは、メタマテリアル構造上に入射する操作信号が、対応する原子オブジェクト位置および／またはその一部にそれぞれの作用信号を放出するようにメタマテリアル構造を誘導するように構成される。様々な実施形態において、メタマテリアル構造のうちの少なくともいくつかは、対応する原子オブジェクト位置において原子オブジェクトによって放射される放射信号が、収集信号を捕捉、検出、測定などを行うように構成された収集光学系に向けて収集信号を放射するようにメタマテリアル構造を誘導するように構成される。
【0007】
本開示の態様によれば、システムが提供される。例示的な実施形態において、システムは、１つまたは複数の原子オブジェクトを閉じ込めるように構成された閉じ込め電位を生成するように構成された複数の電極を備える原子オブジェクト閉じ込め装置であって、閉じ込め電位が複数の原子オブジェクト位置を規定する、原子オブジェクト閉じ込め装置と、１つまたは複数の信号操作要素とを備える。１つまたは複数の信号操作要素の各信号操作要素は、（ａ）複数の原子オブジェクト位置のそれぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられ、（ｂ）収集アレイまたは作用アレイのうちの１つである。収集アレイは、収集アレイ上に入射する原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号に応答し、誘導された収集信号をそれぞれの収集位置に提供するように構成され、作用アレイは、作用アレイ上に入射する操作ソースによって生成された到来信号に応答し、誘導された作用信号をそれぞれの原子オブジェクト位置に提供するように構成される。
【0008】
例示的な実施形態において、複数の原子オブジェクト位置は、２次元レイアウトにおいて配置される。
【0009】
例示的な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素の各々は、メタマテリアルアレイを備える。
【0010】
例示的な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素は、（ａ）メタマテリアルアレイまたは（ｂ）回折光学素子（ＤＯＥ（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ））のうちの少なくとも１つを備える。
【0011】
例示的な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置は、表面イオントラップである。
【0012】
例示的な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素は、それぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられた少なくとも１つの収集アレイと１つまたは複数の作用アレイとを備える。
【0013】
例示的な実施形態において、作用アレイは、原子オブジェクトの光イオン化、原子オブジェクトの状態準備、原子オブジェクトの量子状態を読み取ること、原子オブジェクトもしくは原子オブジェクトを備える原子オブジェクト結晶を冷却すること、原子オブジェクトを棚上げすること、原子オブジェクトを再ポンピングすること、原子オブジェクトに対して単一の量子ビットゲートを実行すること、および原子オブジェクトを含む原子オブジェクトのセットに対して複数の量子ビットゲートを実行することからなるグループから選択された量子コンピュータ機能を実行する際に使用するように構成される。
【0014】
例示的な実施形態において、作用アレイの１つまたは複数のメタマテリアル構造は、量子コンピュータ機能を実行する際に使用される波長の作用ビームを誘導するために波長調整される。
【0015】
例示的な実施形態において、複数のメタマテリアル構造のうちの１つまたは複数のメタマテリアル構造は、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面から０．５ｎｍから１μｍの範囲の距離で延在する柱である。
【0016】
例示的な実施形態において、複数のメタマテリアル構造の各メタマテリアル構造は、メタ表面を形成する。
【0017】
例示的な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面は、平面を規定し、１つまたは複数の信号操作要素は、表面上に配置され、作用アレイは、平面に対して横方向に伝播する到来信号を受信するように構成される。
【0018】
例示的な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面は、平面を規定し、収集位置は、平面の外側に位置する。
【0019】
例示的な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素は、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成されたメタ表面レンズである。
【0020】
例示的な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置の基板の少なくとも１つまたは複数の部分は、入力信号の波長を有する光、または放射信号の波長を有する光のうちの少なくとも１つに対して透明である。
【0021】
例示的な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素は、第２の基板上に配置され、第２の基板は、１つまたは複数の信号操作要素のうちの少なくとも１つを含む第２の基板の表面が、原子オブジェクト閉じ込め装置の複数の電極が上に配置された第１の基板の表面と対向するように配置される。
【0022】
例示的な実施形態において、システムは、複数の電極および少なくとも１つの操作ソースの動作を制御するように構成されたコントローラをさらに備える。
【0023】
例示的な実施形態において、コントローラは、収集位置に入射する収集信号を示す信号を受信するようにさらに構成される。
【0024】
例示的な実施形態において、システムは、量子コンピュータの一部であり、コントローラは、量子コンピュータに量子回路の少なくとも一部を実行させるように複数の電極および少なくとも１つの操作ソースの動作を制御するように構成され、１つまたは複数の原子オブジェクトは、量子コンピュータの量子ビットとして使用される。
【0025】
例示的な実施形態において、システムは、操作ソースから作用アレイへの光路を規定するように構成された１つまたは複数の光学要素をさらに備える。
【0026】
例示的な実施形態において、１つまたは複数の光学要素は、二重層メタ表面ビームスプリッタ、フォトニック集積回路チップおよび１つもしくは複数のバルク光学構成要素、または統合されたメタ表面を有するフォトニック集積回路チップのうちの少なくとも１つを備える。
【0027】
例示的な実施形態において、システムは、それぞれの原子オブジェクト位置に対応する収集位置に位置する収集光学系と、収集光学系に光学的に結合された１つまたは複数の光検出器とをさらに備え、１つまたは複数の光検出器は、収集光学系上に入射する収集信号を示す信号を生成するように構成される。
【0028】
例示的な実施形態において、複数の作用アレイは、それぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられ、複数の作用アレイのうちの第１の作用アレイは、その上に入射する作用信号に応答して第１の誘導作用信号を提供するように構成され、複数の作用アレイのうちの第２の作用アレイは、その上に入射する作用信号に応答して第２の誘導作用信号を提供するように構成され、第１の誘導作用信号および第２の誘導作用信号は、それぞれの原子オブジェクト位置におけるビーム幅、またはそれぞれの原子オブジェクト位置を通る伝播経路のうちの少なくとも１つにおいて異なる。
【0029】
例示的な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素は、少なくとも１つの信号操作要素を備える整列配置を備える。
【0030】
このようにして本発明について一般的な用語において説明したが、ここで、必ずしも縮尺通りに描かれていない添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】例示的な実施形態による、その表面上にメタマテリアル構造を備える原子オブジェクト閉じ込め装置を備える例示的な量子コンピューティングシステムを示す概略図である。
【図2】例示的な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面の一部の概略図である。
【図4A】例示的な実施形態による、その表面上にアレイメタマテリアル構造から形成された作用アレイを備える原子オブジェクト閉じ込め装置の部分断面図である。
【図4B】例示的な実施形態による、その表面上にメタマテリアル構造のアレイから形成された収集アレイを備える原子オブジェクト閉じ込め装置の部分断面図である。
【図4C】例示的な実施形態による、メタマテリアル構造のアレイの部分的な斜視図である。
【図5】例示的な実施形態による、その表面上に信号操作要素の配置を備える原子オブジェクト閉じ込め装置の表面の一部の概略図である。
【図6】例示的な実施形態による、その表面上にメタマテリアルアレイの別の配置を備える原子オブジェクト閉じ込め装置の表面の一部の概略図である。
【図7A】様々な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置の周りに少なくとも部分的に配置されたハウジングに入る信号を示す概略図である。
【図7B】様々な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置の周りに少なくとも部分的に配置されたハウジングから出る信号を示す概略図である。
【図8】例示的な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上の信号操作要素を備える半透明基板送達配置の概略図である。
【図9】例示的な実施形態による、信号操作要素を備える第２の基板が原子オブジェクト閉じ込め装置に対して固定された関係において取り付けられた、フリップチップ信号送達配置の概略図である。
【図10A】様々な実施形態による、それぞれの信号操作要素上に入射する作用信号によって誘導されるそれぞれの作用信号のビームプロファイルを示す概略図である。
【図10B】様々な実施形態による、それぞれの信号操作要素上に入射する作用信号によって誘導されるそれぞれの作用信号のビームプロファイルを示す概略図である。
【図10C】様々な実施形態による、それぞれの信号操作要素上に入射する作用信号によって誘導されるそれぞれの作用信号のビームプロファイルを示す概略図である。
【図11】例示的な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上のメタマテリアル構造に操作信号を提供するおよび／またはそこから収集信号を受信するように構成された光学アセンブリの部分断面図である。
【図12】例示的な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上のメタマテリアル構造に操作信号を提供するおよび／またはそこから収集信号を受信するように構成された光学構成の部分断面図である。
【図13】例示的な実施形態による、操作信号を原子オブジェクト位置に送達する際に使用するために構成された例示的な二重層メタマテリアルアレイビームスプリッタを示す図である。
【図14A】例示的な実施形態による、操作信号を原子オブジェクト位置に送達する際に使用するために構成された例示的なフォトニック集積回路（ＰＩＣ（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ））の正面図である。
【図14B】例示的な実施形態による、操作信号を原子オブジェクト位置に送達する際に使用するために構成された例示的なＰＩＣおよび対応するバルク光学系の側面図である。
【図14C】例示的な実施形態による、統合されたメタマテリアルアレイを有し、操作信号を原子オブジェクト位置に送達する際に使用するために構成された例示的なＰＩＣの側面図である。
【図15A】様々な実施形態による、それぞれの整列動作において使用するために構成された信号操作要素の整列配置の例示的な部分を示す図である。
【図15B】様々な実施形態による、それぞれの整列動作において使用するために構成された信号操作要素の整列配置の例示的な部分を示す図である。
【図16】様々な実施形態による、１つもしくは複数の決定論的再形成および／または最順序付け機能を実行するように構成された量子コンピュータの例示的なコントローラの概略図である。
【図17】例示的な実施形態に従って使用され得る量子コンピュータシステムの例示的なコンピューティングエンティティの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
本発明について、本発明のすべてではないがいくつかの実施形態が示されている添付図面を参照して以下により完全に説明する。実際、本発明は、多くの異なる形態において具体化され得、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供されている。「または」（「／」とも表記される）という用語は、特に明記しない限り、代替的な意味と接続的な意味の両方において使用される。「説明的」および「例示的」という用語は、品質レベルを示すものではない例として使用される。「一般的に」、「実質的に」、および「ほぼ」という用語は、特に明記しない限り、工学的公差および／もしくは製造公差内、ならびに／またはユーザ測定能力内を指す。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。
【0033】
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置内の原子オブジェクト位置に操作信号を提供するための、ならびに／または原子オブジェクト閉じ込め装置によって閉じ込められた原子オブジェクトによって放射された放射信号を収集、捕捉、検出、および／もしくは測定するための方法、装置、システム、コンピュータプログラム製品など。たとえば、様々な実施形態は、原子オブジェクト閉じ込め装置に関連付けられ、および／またはそれを備え、１つもしくは複数の信号操作要素を備える信号管理システムを提供する。様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置によって規定された原子オブジェクト位置に操作信号を提供し、ならびに／または原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号を収集、捕捉、検出、および／もしくは測定するために、１つまたは複数の信号操作要素が使用される。
【0034】
様々な実施形態において、原子オブジェクトは、原子および／またはイオンである。原子オブジェクトは、２つ以上の原子オブジェクトを備える原子オブジェクト結晶の量子ビット原子オブジェクトであり得、例示的な実施形態において、原子オブジェクト結晶の２つ以上の原子オブジェクトは、少なくとも２つの異なる原子番号の原子オブジェクトを含む。例示的な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置は、イオントラップ（たとえば、表面イオントラップ、パウルトラップなど）である。
【0035】
様々な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素は、信号操作要素がそれぞれの原子オブジェクト位置とそれぞれの操作ソースおよび／または光検出器との間のそれぞれの光路の少なくとも一部を形成するように、原子オブジェクト閉じ込め装置に対して配置および／または取り付けられる。
【0036】
様々な実施形態において、信号管理システムの信号操作要素の少なくとも１つは、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に、および／または少なくとも部分的に、原子オブジェクト閉じ込め装置が形成された第１の基板内に配置される。たとえば、原子オブジェクト閉じ込め装置は、様々な実施形態において、第１の基板上に形成され、少なくとも１つの信号操作要素は、第１の基板の表面上に形成および／または配置される。理解されるべきであるように、第１の基板は、原子オブジェクト閉じ込め装置の機能の動作の様々な要素／構成要素を制御するように構成された回路の複数の層を備え得る。例示的な実施形態において、信号操作要素の少なくとも１つは、原子オブジェクト閉じ込め装置の一部であり、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面に対して後退および／または凹んでいる。たとえば、少なくとも１つの信号操作要素は、第１の基板内にある、および／または原子オブジェクト閉じ込め装置の平面によって規定された表面上に直接ではなく製造された層において位置し得る。たとえば、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面内において、少なくとも１つの信号操作要素が埋め込まれる穴または開口部が存在し得る。例示的な実施形態において、透明層が、穴または開口部内の少なくとも１つの信号操作要素を囲む。様々な実施形態は、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上におよび／または原子オブジェクト閉じ込め装置を備える基板の一部として形成および／または配置された１つまたは複数の信号操作要素を有する原子オブジェクト閉じ込め装置を提供する。
【0037】
例示的な実施形態は、操作信号が第２の基板のそれぞれの信号操作要素を介して原子オブジェクト位置に提供され得るように、原子オブジェクト閉じ込め装置に対して固定された関係において取り付けられた、その上におよび／またはその中に形成および／または配置された１つまたは複数の信号操作要素を有する第２の基板を提供する。
【0038】
様々な実施形態において、各信号操作要素は、ＱＣＣＤベースの量子コンピュータの１つまたは複数の機能（光イオン化、状態準備、量子ビット検出および／もしくは読み取り、冷却、棚上げ、再ポンピング、単一の量子ビットゲート、または２量子ビットゲート）を実行する際に使用するために形成および／または構成される。たとえば、様々な実施形態において、信号管理要素は、複数のメタマテリアル構造を備えるメタマテリアルアレイである。様々な実施形態において、複数のメタマテリアル構造の各々は、正のメタマテリアル構造（たとえば、柱、列、円柱など）である。様々な実施形態において、複数のメタマテリアル構造の各々は、負のメタマテリアル構造（たとえば、穴、ピット、ポケット、気泡など）である。様々な実施形態において、メタマテリアルアレイは、正および負のメタマテリアル構造の組合せを備え得る。様々な実施形態において、メタマテリアルアレイのうちのいくつかは、正のメタマテリアル構造からなるおよび／またはそれを備え、他のメタマテリアルアレイは、負のメタマテリアル構造からなるおよび／またはそれを備える。
【0039】
様々な実施形態において、各信号操作要素は、それぞれの特定の波長範囲の入射信号（たとえば、到来する操作信号および／または放射信号）に対して共振応答を提供するように構成される。たとえば、それぞれの特定の波長範囲内の波長によって特徴付けられる入射信号（および／またはその一部）に対して、信号操作要素は、入射信号が信号操作要素上に入射した結果として、（たとえば、方向、焦点、ビームプロファイル、偏光などに関して制御された）制御された誘導信号を放射するように誘導される。しかしながら、それぞれの特定の波長範囲外の１つまたは複数の波長によって特徴付けられる入射信号（および／または入射信号の一部）の場合、結果として生じる信号は、それに適用される均一な位相遅延を有するが、制御された誘導信号の集束、偏光制御、ビームプロファイル制御などを経験しない。言い換えれば、信号操作要素は、様々な実施形態において、色彩フィルタとして使用され得る。たとえば、様々な波長の１つもしくは複数の信号、および／または様々な波長を含む信号が、信号操作要素上に入射させられ得る。信号操作要素（たとえば、それぞれの特定の波長に対して共振応答を有するように構成されたメタマテリアルアレイ）によって実行される色彩フィルタリングは、制御された誘導信号に、信号操作要素が使用するように構成されたそれぞれの特定の波長および／またはそれぞれの特定の波長範囲の波長のみを含むようにさせる。たとえば、信号操作要素上に入射する到来操作信号は、到来操作信号がそれぞれの特定の波長範囲内の波長によって特徴付けられる場合にのみ、対応する原子オブジェクト位置に集束される。
【0040】
様々な実施形態において、信号操作要素は、その上に入射する２つ以上の操作信号を有し、それに応答してそれぞれの作用信号を放射するように誘導されるように構成される。たとえば、信号操作要素は、第１の波長および第１の偏光の第１の操作信号がその上に入射することに応答して、第１の波長に対応する波長と、第１の偏光に対応する偏光とを有し、対応する原子オブジェクト位置の第１の部分に向けられた第１の作用信号を放射するように誘導されるように構成され得る。同じ信号操作要素は、例示的な実施形態において、第２の波長および第２の偏光の第２の操作信号がその上に入射することに応答して、第２の波長に対応する波長と、第２の偏光に対応する偏光とを有し、対応する原子オブジェクト位置の第２の部分に向けられた第２の作用信号を放射するように誘導されるように構成される。様々な実施形態において、第１の波長および第２の波長は、実質的に同じであり、第１の偏光および第２の偏光は、異なる。例示的な実施形態において、第１の波長および第２の波長は、異なり、第１の偏光および第２の偏光は、実質的に同じである。例示的な実施形態において、第１の波長および第２の波長は、異なり、第１の偏光および第２の偏光は、異なる。原子オブジェクト位置の第１の部分および原子オブジェクト位置の第２の部分は、用途に応じて、重複しても重複しなくてもよい。様々な実施形態において、第１の操作信号および第２の操作信号は、少なくとも部分的に同時に提供され得る。たとえば、第１の操作信号および第２の操作信号は、第１の操作信号および／または第２の操作信号が信号操作要素上に入射する時間の少なくとも一部の間、信号操作要素上に同時に入射し得る。例示的な実施形態において、第１の操作信号および第２の操作信号は、別々に提供される（たとえば、時間的に重複しない）。
【0041】
様々な実施形態において、信号操作要素は、対応する波長範囲内の到来操作信号および／または放射信号がその上に入射することに応答して、作用信号および／または収集信号を放射するように誘導されるように構成される。たとえば、量子コンピュータの各機能は、１つまたは複数の波長に関連付けられ得る。したがって、それぞれの信号操作要素は、量子コンピュータの１つまたは複数の機能に対応し得、量子コンピュータの１つまたは複数の機能は、それぞれの信号操作要素の複数のメタマテリアル構造が動作するように構成された波長範囲内の波長に対応する。
【0042】
様々な実施形態において、各信号操作要素は、原子オブジェクト閉じ込め装置によって提示された対応する原子オブジェクト位置に関連付けられる。様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置によって規定された１つまたは複数の原子オブジェクト位置は、複数の信号操作要素を備える信号操作要素の配置に関連付けられる。様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置に関連付けられた信号操作要素の配置の各信号操作要素は、量子コンピュータの１つまたは複数の機能（たとえば、光イオン化、状態準備、量子ビット検出および／または読み取り、冷却、棚上げ、再ポンピング、単一の量子ビットゲート、２量子ビットゲート、放射信号検出など）を実行する際に使用するために構成される。たとえば、量子コンピュータの様々な機能の実行は、操作信号の使用および／または様々な波長の放射信号の検出を含み得る。信号操作要素の配置の特定の信号操作要素が、関連する原子オブジェクト位置において量子コンピュータの１つまたは複数の対応する機能を実行するときに使用するように構成されるように、様々な信号操作要素が、異なる波長において使用するように構成される。
【0043】
従来、レーザビームがイオントラップ内のイオン上に入射するように、イオントラップの平面に対して平行にレーザビームを送信することによって、レーザビームがイオントラップ内の位置に提供される。しかしながら、２次元である、および／またはより大きい次元を有する原子オブジェクト閉じ込め装置について、イオントラップのエッジを切り取ることなくイオントラップ内のイオンにレーザビームを集束させることは、困難である。したがって、原子オブジェクト閉じ込め装置のサイズおよび／または次元に比例して変化することができる操作信号を原子オブジェクト閉じ込め装置にどのように提供するかに関して、技術的課題が存在する。たとえば、図２に示すような原子オブジェクト閉じ込め装置の原子オブジェクト位置に操作信号をどのように提供するかに関して、技術的課題が存在する。
【0044】
様々な実施形態は、これらの技術的課題に対する技術的解決策を提供する。特に、様々な実施形態において、操作信号は、原子オブジェクト閉じ込め装置の平面に対して横方向に（たとえば、ほぼ垂直に、約４５度の角度で、など）送信される。たとえば、操作信号は、操作信号が信号操作要素上に入射し、対応する原子オブジェクト位置に向けられる作用信号を放射するように信号操作要素を誘導するように送信される。言い換えれば、様々な実施形態の信号管理システムは、操作信号が原子オブジェクト閉じ込め装置の平面に対して横方向に提供されることを可能にするために信号操作要素を使用する。したがって、様々な実施形態は、操作信号が２次元トラップに効果的に提供され得るように、操作信号が原子オブジェクト閉じ込め装置平面に対して平行に送信されないように、原子オブジェクト閉じ込め装置に操作信号をどのように提供するかに関する技術的課題に対する技術的解決策を提供する。
【0045】
それに加えて、原子オブジェクトの量子状態を検出することも、大きいおよび／または２次元の原子オブジェクト閉じ込め装置内の原子オブジェクトによって放射される信号を収集および／または検出するために光学系に必要とされる大きい視野のために、課題を提示する。様々な実施形態は、原子オブジェクトによって放射された信号がより効率的に捕捉、検出、および／または測定されるように、放射信号を収集および／または配向する際に支援することによって、これらの技術的課題に対する技術的解決策を提供する。たとえば、信号管理システムの信号操作要素の１つまたは複数の収集アレイは、原子オブジェクトによって放射された放射信号が収集アレイ上に入射することに応答して検出ビームが放射されるように誘導するように、配置および／または構成され得る。様々な実施形態において、検出ビームは、検出ビームが（たとえば、収集光学系などを介して）補足され、（たとえば、光ファイバケーブル、導波路などを介して）光検出器（たとえば、フォトダイオード、光電子増倍管、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサ、および／または他の光検出器）に提供され得るように、既知の方向において放射される。したがって、様々な実施形態は、大きいおよび／または２次元原子オブジェクト閉じ込め装置によって閉じ込められた原子オブジェクトの量子状態を決定するという大視野の技術的課題に対する解決策を提供する。
【0046】
原子オブジェクト閉じ込め装置を備える例示的な量子コンピューティングシステム
図１は、例示的な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置３００（たとえば、イオントリップなど）を備える例示的な量子コンピューティングシステム１００の概略図を提供する。図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６、および図１４に示すように、様々な実施形態において、複数の信号操作要素が、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成および／または配置される。様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成および／または配置された信号操作要素の少なくとも一部は、到来信号がその上に入射することに応答して、それぞれの原子オブジェクト位置に向けておよび／または集束させて作用信号を放射するように誘導されるように構成される。到来信号は、量子コンピュータ１１０の操作ソース６０によって生成された操作信号の少なくとも一部である。様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成および／または配置された少なくとも１つの信号操作要素は、それぞれの原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号に応答して、それぞれの原子オブジェクト位置に対応する（たとえば、対応する収集光学要素が配置された）収集位置に向けておよび／または集束させて収集信号を放射するように誘導されるように構成される。
図１は、例示的な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置３００（たとえば、イオントリップなど）を備える例示的な量子コンピューティングシステム１００の概略図を提供する。図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６、および図１４に示すように、様々な実施形態において、複数の信号操作要素が、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成および／または配置される。様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成および／または配置された信号操作要素の少なくとも一部は、到来信号がその上に入射することに応答して、それぞれの原子オブジェクト位置に向けておよび／または集束させて作用信号を放射するように誘導されるように構成される。到来信号は、量子コンピュータ１１０の操作ソース６０によって生成された操作信号の少なくとも一部である。様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成および／または配置された少なくとも１つの信号操作要素は、それぞれの原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号に応答して、それぞれの原子オブジェクト位置に対応する（たとえば、対応する収集光学要素が配置された）収集位置に向けておよび／または集束させて収集信号を放射するように誘導されるように構成される。
【0047】
様々な実施形態において、量子コンピューティングシステム１００は、コンピューティングエンティティ１０と量子コンピュータ１１０とを備える。様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、コントローラ３０と、閉じ込め装置３００（たとえば、イオントラップ）を囲むクライオスタットおよび／または真空チャンバ４０と、１つまたは複数の操作ソース６０とを備える。たとえば、クライオスタットおよび／または真空チャンバ４０は、圧力制御されたチャンバであり得る。例示的な実施形態において、操作ソース６０によって生成された操作信号は、対応する光路６６（たとえば、６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ）を介して（原子オブジェクト閉じ込め装置３０が位置する）クライオスタットおよび／または真空チャンバ４０の内部に提供される。様々な実施形態において、光路６６は、少なくとも部分的に、信号管理システムの１つまたは複数の構成要素および／または要素によって規定される。たとえば、光路６６の少なくとも１つは、信号管理システムの信号操作要素を備え、および／またはそれによって部分的に規定される。
【0048】
例示的な実施形態において、１つまたは複数の操作ソース６０は、１つまたは複数のレーザ（たとえば、光学レーザ、マイクロ波源など）を備え得る。様々な実施形態において、各操作ソースは、電磁スペクトルのマイクロ波、赤外線、可視、または紫外線部分におけるそれぞれの特徴的な波長を有する操作信号６０を生成するように構成される。様々な実施形態において、１つまたは複数の操作ソース６０は、閉じ込め装置内の１つまたは複数の原子オブジェクトの制御された量子状態発展を操作および／または引き起こすように構成される。たとえば、１つまたは複数の操作ソース６０が１つまたは複数のレーザを備える例示的な実施形態において、レーザは、クライオスタットおよび／または真空チャンバ４０内の閉じ込め装置３００によってトラップされた原子オブジェクトに１つまたは複数のレーザビームを提供し得る。
【0049】
たとえば、操作ソース６０は、信号管理システムの適切な信号操作要素への到来信号として提供される操作信号を生成する。信号操作要素、たとえば、メタマテリアルアレイ上に入射する到来信号は、原子オブジェクト閉じ込め装置の対応する原子オブジェクト位置に向けられたおよび／または集束された作用信号を放射するようにメタマテリアルアレイの複数のメタマテリアル構造を誘導する。たとえば、操作ソース６０は、原子オブジェクトが閉じ込められた原子オブジェクト量子コンピュータの量子ビットとして使用され得るように原子オブジェクトを量子ビット空間の状態に初期化するために使用され得る１つまたは複数のビームを生成すること、閉じ込められた原子オブジェクト量子コンピュータの１つまたは複数の量子ビットに対して１つまたは複数のゲートを実行すること、閉じ込められた原子オブジェクト量子コンピュータの１つまたは複数の量子ビットの状態を読み取るおよび／または決定することなどを行うように構成され得る。
【0050】
様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、（たとえば、読み取り手順中に）量子ビットによって生成された光子を収集および／または検出するように構成された光収集システム７０を備える。光収集システム７０は、１つまたは複数の光学要素（たとえば、レンズ、ミラー、導波路、光ファイバケーブルなど）と、１つまたは複数の光検出器とを備え得る。様々な実施形態において、光検出器は、量子コンピュータの量子ビットの予測蛍光波長の光に感受性のあるフォトダイオード、光電子増倍管、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）センサ、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサ、および／または他の光検出器であり得る。様々な実施形態において、検出器は、１つまたは複数のＡ／Ｄコンバータ１６２５（図１６を参照）などを介してコントローラ３０と電子通信し得る。たとえば、読み取られたおよび／またはその量子状態が決定された原子オブジェクトは、放射信号を放射し得、その少なくとも一部は、信号管理システムの収集アレイ上に入射する。収集アレイ上に入射する放射信号は、原子オブジェクト閉じ込め装置の収集光学系に向けられたおよび／または集束された検出信号を放射するように収集アレイの複数のメタマテリアル構造を誘導する。収集光学系は、収集信号を光検出器に提供するように構成される。
【0051】
様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、１つまた複数の電圧源５０を備える。たとえば、電圧源５０は、複数の電圧ドライバおよび／もしくは電圧源、ならびに／または少なくとも１つのＲＦドライバおよび／もしくは電圧源を備え得る。電圧源５０は、例示的な実施形態において、閉じ込め装置３００の対応する電位生成要素（たとえば、電極）に電気的に結合され得る。
【0052】
様々な実施形態において、コンピューティングエンティティ１０は、ユーザが（たとえば、コンピューティングエンティティ１０のユーザインターフェースを介して）量子コンピュータ１１０に入力を提供し、量子コンピュータ１１０からの出力を受信すること、見ること、などを行うことを可能にするように構成される。コンピューティングエンティティ１０は、１つもしくは複数の有線もしくはワイヤレスネットワーク２０を介して、および／または直接有線および／もしくはワイヤレス通信を介して、量子コンピュータ１１０のコントローラ３０と通信し得る。例示的な実施形態において、コンピューティングエンティティ１０は、情報／データ、量子コンピューティングアルゴリズム、および／または回路などを、コントローラ３０が理解および／または実装することができるコンピューティング言語、実行可能命令、コマンドセットなどに変換すること、構成すること、フォーマットすることなどを行い得る。
【0053】
様々な実施形態において、コントローラ３０は、電圧源５０、クライオスタットおよび／もしくは真空チャンバ４０内の温度と圧力とを制御するクライオスタットシステムおよび／もしくは真空システム、操作ソース６０、光収集システム７０、および／もしくはクライオスタットおよび／もしくは真空チャンバ４０内の様々な環境条件（たとえば、温度、圧力など）を制御する他のシステムを制御するように構成され、ならびに／または閉じ込め装置内の１つもしくは複数の原子オブジェクトの量子状態の制御された発展を操作および／もしくは引き起こすように構成される。たとえば、コントローラ３０は、量子回路および／またはアルゴリズムを実行するために、閉じ込め装置内の１つまたは複数の原子オブジェクトの量子状態の制御された発展を引き起こし得る。たとえば、コントローラ３０は、おそらくは量子回路および／またはアルゴリズムを実行することの一部として、コヒーレント棚上げを含む読み取り手順が実行されることを引き起こし得る。様々な実施形態において、閉じ込め装置内に閉じ込められた原子オブジェクトは、量子コンピュータ１１０の量子ビットとして使用される。
【0054】
例示的な原子オブジェクト閉じ込め装置
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置は、閉じ込め電位を生成するように構成された複数の電極を備える。たとえば、コントローラ３０は、電極が閉じ込め電位を生成するように、原子オブジェクト閉じ込め装置の電極に電気信号を提供するように電圧源５０を制御し得る。閉じ込め電位は、原子オブジェクト閉じ込め装置によって規定された閉じ込めボリューム内に複数の原子オブジェクトを閉じ込めるように構成される。たとえば、例示的な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置は、表面イオントラップであり、閉じ込めボリュームは、表面イオントラップの表面に近接して位置するボリュームである。様々な実施形態において、電極および／または閉じ込め電位は、閉じ込めボリューム内の複数の原子オブジェクト位置を規定するように構成される。
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置は、閉じ込め電位を生成するように構成された複数の電極を備える。たとえば、コントローラ３０は、電極が閉じ込め電位を生成するように、原子オブジェクト閉じ込め装置の電極に電気信号を提供するように電圧源５０を制御し得る。閉じ込め電位は、原子オブジェクト閉じ込め装置によって規定された閉じ込めボリューム内に複数の原子オブジェクトを閉じ込めるように構成される。たとえば、例示的な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置は、表面イオントラップであり、閉じ込めボリュームは、表面イオントラップの表面に近接して位置するボリュームである。様々な実施形態において、電極および／または閉じ込め電位は、閉じ込めボリューム内の複数の原子オブジェクト位置を規定するように構成される。
【0055】
様々な実施形態において、原子オブジェクト位置は、１次元または２次元レイアウトにおいて配置される。たとえば、例示的な実施形態において、原子オブジェクト位置は、線形原子オブジェクト閉じ込め装置の軸に沿って配置される。別の例示的な実施形態において、原子オブジェクト位置は、２次元原子オブジェクト閉じ込め装置によって規定された２次元アレイまたはレイアウトにおいて配置される。例示的な線形原子オブジェクト閉じ込め装置は、２０１９年１２月１７日に出願された米国出願第１６／７１７，６０２号によって記載されているが、他の様々な線形原子オブジェクト閉じ込め装置が、様々な実施形態において使用され得る。例示的な２次元原子オブジェクト閉じ込め装置は、２０２０年１２月１７日に出願された米国出願第６３／１９９，２７９号によって記載されているが、他の様々な２次元原子オブジェクト閉じ込め装置が、様々な実施形態において使用され得る。
【0056】
様々な実施形態において、閉じ込め電位は、電圧源５０によって電極に提供される電気信号に基づいて、時間とともに発展する。閉じ込め電位の発展は、１つまたは複数の原子オブジェクトをそれぞれの第１の原子オブジェクト位置からそれぞれの第２の原子オブジェクト位置に移動させるように構成され得る。図２および図３は、各々、間隔係数αだけ離間した電極３１０の配列を備える例示的な２次元原子オブジェクト閉じ込め装置３００の一部を示す。例示的な実施形態において、間隔係数αは、５００μｍと１０００μｍとの間の範囲内にある（たとえば、約７５０μｍ）。電極３１０の配列は、複数の原子オブジェクト位置３０５を規定する。様々な実施形態において、原子オブジェクト位置３０５は、原子オブジェクト経路３２０の一部に対応するボリュームであり、電極３１０は、量子コンピュータの機能の実行のために（たとえば、原子オブジェクト結晶の一部として）原子オブジェクト、および／もしくは（たとえば、２つ以上の量子ビットゲートを実行するための）原子オブジェクトのペアもしくはセットを維持するように、ならびに／または他の原子位置に位置する他の原子オブジェクトに対する量子コンピュータの機能の実行中に１つもしくは複数の原子オブジェクトを記憶するように、構成される。
【0057】
図示されている実施形態において、電極３１０の配列は、複数の島３３０と原子オブジェクト経路３２０とを規定する。様々な実施形態において、原子オブジェクトは、原子オブジェクト経路３２０に沿った様々な原子オブジェクト位置３０５の間を移動し得る。一般に、原子オブジェクトは、島３３０の上に位置しない。様々な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素（たとえば、作用アレイ）は、島３３０上に配置および／または形成され得る。様々な実施形態において、１つまたは複数の信号操作要素（たとえば、収集アレイ）は、原子オブジェクト経路３２０上に配置および／または形成され得る。
【0058】
様々な実施形態において、電圧源５０は、閉じ込め電位が形成されるように、閉じ込め装置３００の電位生成要素（たとえば、電極３１０）に電気信号を提供する。閉じ込め電位の輪郭および時間発展に基づいて、１つまたは複数の原子オブジェクトは、それぞれの原子オブジェクト位置において閉じ込められること、原子オブジェクト位置間を移動させられること、などを行われる。原子オブジェクトが原子オブジェクト位置に位置するとき、１つまたは複数の機能（たとえば、量子コンピューティング機能）が原子オブジェクトに対して実行され得る。原子オブジェクトに対して実行され得る例示的な機能は、原子オブジェクトの光イオン化である。たとえば、原子オブジェクトを光イオン化するために、操作信号が原子オブジェクトに印加され得る。
【0059】
原子オブジェクトに対して実行され得る別の例示的な機能は、原子オブジェクトの状態準備である。たとえば、特定の量子状態における原子オブジェクトを準備するために、１つまたは複数の操作信号が原子オブジェクトに印加され得る。たとえば、特定の量子状態は、原子オブジェクトが量子コンピュータの量子ビットとして使用され得るように、量子コンピュータによって使用される規定された量子ビット空間内の状態であり得る。
【0060】
原子オブジェクトに対して実行され得る別の例示的な機能は、原子オブジェクトの量子状態を読み取ることである。たとえば、操作信号（たとえば、読み取り信号）が原子オブジェクトに印加され得る。原子オブジェクトの波動関数が量子ビット空間の第１の状態に崩壊すると、原子オブジェクトは、読み取り信号が印加されたことに応答して蛍光を発する。原子オブジェクトの波動関数が量子ビット空間の第２の状態に崩壊すると、原子オブジェクトは、読み取り信号が印加されたことに応答して蛍光を発しない。
【0061】
原子オブジェクトに対して実行され得る別の例示的な機能は、原子オブジェクトまたは原子オブジェクトを備える原子オブジェクト結晶を冷却することである。原子オブジェクト結晶は、原子オブジェクトのペアまたはセットであり、原子オブジェクト結晶の原子オブジェクトのうちの１つは、量子コンピュータの量子ビットとして使用される量子ビット原子オブジェクトであり、原子オブジェクト結晶の１つまたは複数の他の原子オブジェクトは、量子ビット原子オブジェクトの共同冷却（ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃ ｃｏｏｌｉｎｇ）を実行するために使用される。たとえば、（量子ビット）原子オブジェクトを冷却させる（たとえば、（量子ビット）原子オブジェクトの振動および／または他の運動エネルギーを低減させる）ために、操作信号（たとえば、冷却信号または共同冷却信号）が原子オブジェクトまたは原子オブジェクト結晶に印加され得る。
【0062】
原子オブジェクトに対して実行され得る別の例示的な機能は、原子オブジェクトを棚上げすることである。様々な実施形態において、量子ビット空間の第２の状態における原子オブジェクトは、読み取り機能の実行中に棚上げされ得る。たとえば、棚上げ動作は、読み取り動作が実行されている間、量子ビット空間の第２の状態にある原子オブジェクトの量子状態を量子ビット空間の外側の少なくともメタ安定状態に発展させることを含み得る。例示的な棚上げプロセスは、２０２１年２月２５日に出願された米国出願第６３／２００，２６３号によって記載されているが、他の様々な棚上げプロセスが様々な実施形態において使用され得る。様々な実施形態において、原子オブジェクトの棚上げは、原子オブジェクトが量子ビット空間の第２の状態にあるときに、原子オブジェクトの量子状態を量子ビット空間の外側の少なくともメタ安定状態に発展させるために、１つまたは複数の操作信号を原子オブジェクトに印加することによって実行される。
【0063】
原子オブジェクトに対して実行され得る別の例示的な機能は、原子オブジェクトの（光学的）再ポンピングである。様々な実施形態において、原子オブジェクトの再ポンピングは、原子オブジェクトの量子状態を励起状態に発展させるために、１つまたは複数の操作信号を原子オブジェクトに印加することを含む。
【0064】
原子オブジェクトに対して実行され得る別の例示的な機能は、原子オブジェクトに対して単一の量子ビットゲートを実行することである。たとえば、原子オブジェクトに対して単一の量子ビット量子ゲートを実行するために、１つまたは複数の操作信号が原子オブジェクトに印加され得る。
【0065】
原子オブジェクトに対して実行され得る別の例示的な機能は、原子オブジェクトに対して２量子ビットゲートを実行することである。たとえば、原子オブジェクトおよび少なくとも１つの他の原子オブジェクトに対して２つ（または、３つ、４つ、もしくはそれよりも多く）の量子ビット量子ゲートを実行するために、１つまたは複数の操作信号が、原子オブジェクトを含む原子オブジェクトのペアまたはセットに印加され得る。
【0066】
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００は、１つまたは複数の信号操作要素を備える。様々な実施形態において、操作信号は、操作信号が対応する信号操作要素上に入射するように、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面によって規定される平面に対して横方向に提供される。各信号操作要素は、到来操作信号が入射することに応答し、作用信号が信号操作要素に対応する原子オブジェクト閉じ込め装置３００のそれぞれの原子オブジェクト位置に向けられるように放射される作用信号を誘導するように構成される。作用信号は、作用信号（および、場合によっては他の作用信号、磁場、などの印加）が対応する原子オブジェクト位置における原子オブジェクト（または原子オブジェクトのセット）上に入射することに応答して対応する機能を実行させるための（たとえば、適切な波長、偏光、振幅などを有する）適切な信号である。
【0067】
例示的な信号管理システム
様々な実施形態において、信号管理システムは、原子オブジェクト閉じ込め装置３００によって規定されたそれぞれの原子オブジェクト位置へのおよび／またはそこからの信号の提供および／または収集を制御するように構成される。様々な実施形態において、信号管理システムは、それぞれの原子オブジェクト位置に信号を提供するため、および／またはそれぞれの原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射される信号を収集するために使用される光路を規定する。光路は、それぞれの信号操作要素を含む。様々な実施形態において、信号操作要素は、光路が原子オブジェクト閉じ込め装置の表面３５０に対して横方向になることを可能にするように構成される。
様々な実施形態において、信号管理システムは、原子オブジェクト閉じ込め装置３００によって規定されたそれぞれの原子オブジェクト位置へのおよび／またはそこからの信号の提供および／または収集を制御するように構成される。様々な実施形態において、信号管理システムは、それぞれの原子オブジェクト位置に信号を提供するため、および／またはそれぞれの原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射される信号を収集するために使用される光路を規定する。光路は、それぞれの信号操作要素を含む。様々な実施形態において、信号操作要素は、光路が原子オブジェクト閉じ込め装置の表面３５０に対して横方向になることを可能にするように構成される。
【0068】
原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０が１つまたは複数の信号操作要素を備える様々な実施形態が開示される。たとえば、様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００によって規定された原子オブジェクト位置３０５ごとに信号操作要素の配置を備える。図８に示すように、原子オブジェクト閉じ込め装置３００が形成された第１の基板８１０が、１つもしくは複数の波長において透明であり、ならびに／または到来信号６２および／もしくは送出収集信号７４が伝播し得る導波路および／もしくはビアを備える、様々な実施形態が開示される。様々な実施形態は、図９に示すように、第２の基板９１０が原子オブジェクト閉じ込め装置３００に関連付けて取り付けられおよび／または固定され、信号操作要素（および／または信号操作要素の配置）が第２の基板の表面上に形成および／または配置された、様々な実施形態が開示される。
【0069】
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００は、１つまたは複数の信号操作要素を備える。様々な実施形態において、信号操作要素のうちの１つまたは複数は、メタマテリアルアレイであり、各メタマテリアルアレイは、各々がそれぞれのメタマテリアル表面を規定するおよび／または備える複数のメタマテリアル構造を備える。メタマテリアル構造のアレイ（たとえば、複数のメタマテリアル構造のそれぞれのメタマテリアル表面を組み合わせることによって形成された複合表面）は、フォトニックメタ表面を形成および／または提供する。メタ表面アレイおよびフォトニックメタ表面という用語は、本明細書では交換可能に使用される。フォトニックメタ表面は、反射光または透過光の振幅、位相、および／または偏光の局所制御を通じて実装されるコヒーレント干渉を通じて光を操作するように設計された工学的な表面である。この制御は、光散乱要素（たとえば、メタマテリアル構造）のアレイによって実装され、光散乱要素の各々は、光の波長またはそれ未満のスケールの間隔で、少なくとも１次元において光の波長またはそれ未満のスケールの寸法を有する。たとえば、本明細書で使用されるフォトニックメタ表面は、メタマテリアルアレイの複数のメタマテリアル構造によって形成された複合メタ表面を指す。メタマテリアルアレイのメタマテリアル構造は、その幾何学的形状、サイズ、配置、および向きが電磁波の位相、振幅、および偏光を制御する、ほぼ波長またはサブ波長（たとえば、ナノメートルスケール）の、（原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面の他の部分と比較して）高コントラストの構造である。電磁波のこの制御は、メタマテリアル構造を作るために使用されるバルク材料の結果ではなく、メタマテリアル構造のサイズおよび形状の結果である。
【0070】
様々な実施形態において、メタマテリアル構造は、Ｈｕｙｇｅｎのメタマテリアル構造である。たとえば、様々な実施形態において、メタマテリアル構造の各々の内部で、電気双極子および磁気双極子が誘導され、適切な電磁ビーム、信号、波などがメタマテリアル構造上に入射されると、各メタマテリアル構造にＨｕｙｇｅｎのウェーブレットのような電磁波を生成させる。磁気双極子および電気双極子の位相は、メタマテリアル構造によって放射される電磁波、放射線、ビーム、および／または信号の位相、方向、および／または偏光を決定する。様々な実施形態において、１つまたは複数のプラズモニックフォトニックメタ表面が使用される。たとえば、負のプラズモニックフォトニックメタ表面（たとえば、平坦な金属表面における穴）が、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０の金属表面および／またはその一部にエッチングされ得る。様々な実施形態において、１つまたは複数の電気共鳴または磁気共鳴を使用して幾何学的位相（たとえば、Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ（ＰＢ）位相）を変更するように構成された誘電体フォトニックメタ表面である１つまたは複数のフォトニックメタ表面が使用される。様々な実施形態において、共鳴なしに伝播位相を変更するように構成された誘電体フォトニックメタ表面（たとえば、切頭導波路）が使用される。様々な実施形態において、フォトニックメタ表面は、それぞれのフォトニックメタ表面の所望の位相および振幅応答を局所的に操作するために任意の順序の２つ以上の電気共鳴または磁気共鳴を使用する誘電体および／またはプラズモニックメタ表面である。様々なタイプのメタマテリアル表面を規定する他の様々なタイプのメタマテリアル構造が、様々な実施形態において使用される。
【0071】
フォトニックメタ表面は、たとえば、構成要素のメタマテリアル構造の表面において確立されている電気双極子および磁気双極子の位相により、特定のおよび／または指定された方向において、電磁波、放射線、ビーム、および／または信号を生成するように設計および／または構成され得る。様々な実施形態において、メタマテリアル構造は、複数のメタマテリアル構造によって形成されたメタマテリアルアレイが、到来信号がメタマテリアルアレイの少なくとも一部上に入射することに応答して原子オブジェクト閉じ込め装置のそれぞれの原子オブジェクト位置に作用信号を提供するように、および／または放射信号がメタマテリアルアレイの少なくとも一部上に入射することに応答して量子コンピュータの収集光学系に収集信号を提供するように構成されるように成形されたおよび／またはサイズが決められた正および／または負の構造を備える。
【0072】
本明細書の他の場所において説明するように、フォトニックメタ表面は、誘導された信号（たとえば、作用信号および／または収集信号）の偏光を制御すること、誘導された信号を集束および／またはコリメートすること、誘導された信号を色彩的にフィルタリングすること、誘導された信号の位相を制御することなどを行うために使用され得る。
【0073】
例示的な実施形態において、信号操作要素のうちの少なくとも１つは、ＤＯＥまたはＤＯＥのアセンブリである。一般に、ＤＯＥは、光のそれぞれの特定の波長よりも大きいスケールにおける寸法を有する特性を有する光学素子である。たとえば、信号操作要素は、例示的な実施形態において、誘導された信号（たとえば、作用信号および／または収集信号）の偏光を制御すること、誘導された信号を集束および／またはコリメートすること、誘導された信号を色彩的にフィルタリングすること、誘導された信号の位相を制御することなどを行うように構成されたＤＯＥであり得る。例示的な実施形態において、信号操作要素は、メタマテリアルアレイ（たとえば、複数のメタマテリアル構造）とＤＯＥ構成要素の両方を備える。
【0074】
例示的な実施形態において、信号操作要素は、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面上に形成、堆積、および／または配置される。図４Ａは、作用アレイ４００が操作信号を原子オブジェクト位置３０５に印加するために使用される原子オブジェクト閉じ込め装置の部分断面図を示す。たとえば、コントローラ３０は、操作信号を生成するために１つまたは複数の操作ソース６０を制御する。操作信号は、到来信号６２が作用アレイ４００上に入射するように、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０によって規定された平面に対して横方向に伝播する到来信号６２として、原子オブジェクト閉じ込め装置３００に提供される。作用アレイ４００上に入射する到来信号６２は、それぞれの誘導された作用信号６４を、対応する原子オブジェクト位置３０５に向けて放射させる。たとえば、誘導された作用信号６４は、原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクト５上に入射する。本明細書で使用される場合、作用アレイ４００は、操作ソースによって生成された到来信号が作用アレイ上に入射することに応答して、誘導された作用信号をそれぞれの原子オブジェクト位置に提供するように構成された信号操作要素である。図示の実施形態において、作用アレイ４００は、電極３１０および／または島３３０に対応する原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０の部分上に形成される。
【0075】
図４Ｂは、収集アレイ４４０がそれぞれの原子オブジェクト位置３０５における原子オブジェクト５によって生成された放射信号を収集するために使用される原子オブジェクト閉じ込め装置の部分断面図を示す。たとえば、量子ビット読み取り機能中、たとえば、原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクト５は、放射信号７２を放射させられ得る。放射信号７２の少なくとも一部は、収集アレイ４４０上に入射する。収集アレイ４４０上に入射する放射信号７２の少なくとも一部は、誘導された収集信号７４を収集アレイ４４０から収集位置４４５に向けて放射させる。様々な実施形態において、収集光学系が、収集位置４４５に位置するおよび／または配置される。たとえば、図示の実施形態において、収集光学系は、収集信号７４の少なくとも一部を収集ファイバ４２５に結合するように構成された収集レンズ４２０などの、１つまたは複数の光学素子を備える。
【0076】
本明細書で使用される場合、収集アレイ４４０は、対応する原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号が収集アレイ上に入射することに応答して、誘導された収集信号を対応する収集位置４４５に提供するように構成された信号操作要素である。様々な実施形態において、収集アレイ４４０は、（放射信号がその上に入射することに応答して）誘導された収集信号を提供するように構成され、誘導された収集信号には、それぞれの原子オブジェクト位置３０５に対応する収集光学系に向けてコリメートされること、そこに集束されることなどが行われる。
【0077】
様々な実施形態において、収集アレイ４４０は、原子オブジェクト経路３２０に対応する原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０の部分上に形成される。たとえば、図示の実施形態において、収集アレイ４４０は、一般に、対応する原子オブジェクト位置３０５と原子オブジェクト閉じ込め装置３００との間に配置される。様々な実施形態において、収集アレイ４４０は、それぞれの原子オブジェクト位置３０５の周囲の大きい立体角から放射された信号を収集するように構成される。たとえば、収集アレイ４４０は、約２πステラジアンおよび／または２πステラジアン近くに放射された放射信号を収集するおよび／またはその上に入射するように位置決めおよびサイズ決めされ得る。たとえば、原子オブジェクト位置３０５の観点から、収集アレイ４４０は、π、１．２５π、１．５π、１．７５π、および／または約２πステラジアンよりも多くの原子オブジェクト位置３０５の周囲の立体角を含み得る。
【0078】
図４Ｃは、作用アレイ４００および／または収集アレイ４４０などの例示的な信号操作要素の一部を示す。例示的な信号操作要素は、複数のメタマテリアル構造４１０を備える。複数のメタマテリアル構造４１０の幾何学的形状、サイズ、配置、および／または向きは、対応する信号操作要素によって放射された誘導された作用信号および／または収集信号の位相、振幅、および偏光を制御する。様々な実施形態において、複数のメタマテリアル構造４１０の各メタマテリアル構造は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０から０．５ｎｍから１μｍの範囲の距離で延在する柱である。たとえば、メタマテリアル構造は、ナノメートルスケールの構造である。様々な実施形態において、メタマテリアル構造は、サブ波長構造である。様々な実施形態において、サブ波長構造は、表面３５０から延出し、ならびに／または構造上に入射することが意図された到来信号および／もしくは放射信号の波長未満および／もしくは構造によって放射されることが意図された作用信号および／もしくは収集信号の波長未満の直径／辺長を有する構造である。様々な実施形態において、メタマテリアル構造は、導電性材料、半導体材料、および／または誘電体材料から形成または作製され得る。様々な実施形態において、メタマテリアル構造は、負の構造（たとえば、穴、くぼみなど）である。
【0079】
様々な実施形態において、到来信号または放射信号のエネルギーは、それぞれ、対応する誘導された作用信号または収集信号に効果的に転送される。たとえば、誘導された作用信号または収集信号は、それぞれ、対応する到来信号または放射信号としてそれぞれの作用アレイまたは収集アレイ上に入射するエネルギーおよび／またはエネルギーフラックスの約９０～９９％を伝達する。様々な実施形態において、原子オブジェクト位置において５０～９０ｍＷを提供する作用信号が、量子コンピュータのいくつかの機能（たとえば、例示的な実施形態において、２量子ビットゲート）を実行するために使用される。エネルギーおよび／またはエネルギーフラックスを到来信号から作用信号に変換する際の信号操作要素の効率は、操作信号の光路内の信号操作要素の使用によるエネルギーフラックスにおける損失を考慮するために高出力の操作ソース６０を必要とすることなく、比較的高いフラックスレベル（たとえば、約１００ｍＷ）で量子コンピュータの機能の実行を可能にする。それに加えて、エネルギーおよび／またはエネルギーフラックスを放射信号から収集信号に変換する際の信号操作要素の効率は、（たとえば、量子ビット／原子オブジェクトの量子状態を決定するための読み取り機能において使用される）放射信号の効果的な検出を可能にする。
【0080】
様々な実施形態において、信号操作要素（たとえば、メタマテリアルアレイ）内のメタマテリアル構造の半径および／または高さ（正または負）ならびにメタマテリアル構造の間隔は、信号操作要素が到来信号のエネルギーおよび／もしくはエネルギーフラックスを作用信号に変換する効率ならびに／または放射信号を収集信号に変換する効率に影響を及ぼすおよび／またはそれを規定する。
【0081】
様々な実施形態において、（たとえば、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０に対して実質的に平行な平面における断面における）メタマテリアルアレイのメタマテリアル構造の形状は、メタマテリアルアレイによって放射される誘導された作用信号または収集信号の偏光に影響を及ぼすおよび／またはそれを規定する。
【0082】
様々な実施形態において、メタマテリアルアレイ内のメタマテリアル構造の間隔および／または高さは、メタマテリアルアレイによって放射される誘導された作用信号または収集信号が伝播する方向に影響を及ぼすおよび／またはそれを規定する。たとえば、作用アレイ４００内のメタマテリアル構造の間隔および／または高さは、誘導された作用信号を対応する原子オブジェクト位置３０５に向けさせるおよび／または集束させるように構成され得る。たとえば、収集アレイ４４０内のメタマテリアル構造の間隔および／または高さは、誘導された収集信号を対応する検出位置４４５に向けさせるおよび／または集束させるように構成され得る。
【0083】
様々な実施形態において、信号操作要素は、集束可能なビームを生成するように配置および／または構成される。たとえば、作用アレイ４００は、対応する原子オブジェクト位置３０５において集束する誘導された作用信号を放射するように構成され得る。たとえば、収集アレイ４４０は、対応する検出位置４４５において集束される誘導された収集信号を放射するように構成され得る。
【0084】
様々な実施形態において、信号操作要素（たとえば、作用アレイおよび／または収集アレイ）は、１つまたは複数の堆積および／またはエッチングステップを介して、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上に形成される。たとえば、信号操作要素は、１つまたは少なくとも１つのフォトリソグラフィステップを使用して、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上に形成され得る。例示的な実施形態において、信号操作要素は、深／極紫外線（Ｄ／ＥＵＶ（ｄｅｅｐ／ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ））リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ（ＥＢＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ））、ナノプリントリソグラフィなどを使用して、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上に形成される。
【0085】
例示的な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上に形成および／または配置された信号操作要素は、５μｍから２００μｍの範囲内（たとえば、約１００μｍ）の直径を有する。例示的な実施形態において、信号操作要素は、直径において、信号操作要素が使用するように構成される特定の波長の少なくとも３倍である。例示的な実施形態において、到来信号は、約３２μｍの直径に集束されたビームである。たとえば、到来信号は、到来信号が信号操作要素と相互作用するとき、約３２μｍの直径を有し得る。たとえば、信号操作要素は、到来信号ビームの直径よりも大きい（たとえば、１から７倍大きい）直径を有し得る。例示的な実施形態において、到来信号ビームは、到来信号が入射する信号操作要素の少なくとも１つの寸法よりも大きい直径を有する。様々な実施形態において、信号操作要素の金属材料構造の幾何学的形状は、それぞれ、作用信号および／または収集信号の生成を引き起こすために信号操作要素上に入射した到来信号および／または放射信号の入射角よりも、誘導された作用信号および／または収集信号の指向に対して大きい影響を有する。
【0086】
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の作用アレイ４００および／または収集アレイ４４０は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上に形成および／または配置される。様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０の少なくとも一部は、図４Ｂに示すように、酸化物および／または電気絶縁層３６０を備える。様々な実施形態において、酸化物および／または電気絶縁層３６０は、たとえば、表面３５０上に形成および／または配置された信号操作要素（たとえば、メタマテリアルアレイ）のメタマテリアル構造を、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の電極３１０から電気的に絶縁するように構成される。たとえば、酸化物および／または電気絶縁層３６０は、信号操作要素と原子オブジェクト閉じ込め装置３００の他の構成要素（たとえば、電極３１０）との間に配置および／または位置決めされ得る。例示的な実施形態において、酸化膜（たとえば、インジウムスズ酸化物）が、誘電体信号操作要素をコーティングするために使用される。たとえば、信号操作要素が形成および／または配置される表面３５０の部分は、酸化物および／または電気絶縁層３６０を備え得る。様々な実施形態において、酸化物および／または電気絶縁層３６０は、インジウムスズ酸化物または別の酸化物もしくは電気絶縁材料の薄層（たとえば、表面３５０によって規定される平面に対して実質的に垂直な方向において約１０～３０ｎｍ厚または約２０ｎｍ厚）である。例示的な実施形態において、接地導体３６５は、メタマテリアル構造上の電荷の蓄積を防止するために、信号操作要素（たとえば、メタマテリアルアレイのメタマテリアル構造）と原子オブジェクト閉じ込め装置３００の接地との間の電気的通信を可能にするように構成され得る。たとえば、原子オブジェクト閉じ込め装置３００、および原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上に形成および／または配置されたメタマテリアルアレイのメタマテリアル構造は、例示的な実施形態において、共通の接地を有する。例示的な実施形態において、酸化物および／または電気絶縁層３６０は、接地導体３６５として機能する。例示的な実施形態において、信号操作要素は、原子オブジェクト閉じ込め装置（たとえば、第１の基板）の導電層と接触する。
【0087】
上記で説明したように、様々な実施形態において、複数の信号操作要素が、それぞれの原子オブジェクト位置に関連付けられるおよび／または対応する。たとえば、各信号操作要素は、量子コンピュータの１つまたは複数の機能を実行するように構成され得る。メタマテリアル構造は、特定の波長または特定の波長範囲の信号および／または電磁波とともに使用されるように構成されるので、様々な実施形態において、異なる波長信号を使用する量子コンピュータの機能は、異なる信号操作要素の使用を必要とする。
【0088】
図５は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の対応する原子オブジェクト位置３０５のための信号操作要素の例示的な配置５００を示す。信号操作要素の配置内の各信号操作要素は、共通の原子オブジェクト位置３０５に対応する。図５に示す実施形態は、対応する原子オブジェクト位置３０５に隣接する島３３０上に形成および／または配置された複数の作用アレイ４００（たとえば、５１０Ａ、５１０Ｂ、５２０Ａ、５２０Ｂ、５３０）を含む。図５に示す実施形態は、対応する原子オブジェクト位置３０５の下に延在する原子オブジェクト経路３２０上に形成および／または配置された収集アレイ５４０をさらに含む。たとえば、収集アレイ５４０は、対応する原子オブジェクト位置３０５と原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０との間に実質的に位置し得る。
【0089】
複数の作用アレイ４４０は、２量子ビットゲートアレイ５１０Ａ、５１０Ｂを含む。様々な実施形態において、２量子ビットゲートアレイ５１０Ａ、５１０Ｂは、量子コンピュータの２量子ビットゲート機能を実行するために使用されるように構成される。２量子ビットゲートアレイ５１０Ａ、５１０Ｂは、対応する原子オブジェクト位置３０５に位置する２つ以上の原子オブジェクトに対して２量子ビットゲートを実行するように構成された到来信号を受信し、対応する原子オブジェクト位置３０５に向けられたおよび／または集束された対応する誘導された作用信号を放射するように構成される。様々な実施形態において、第１の２量子ビットゲートアレイ５１０Ａは、第１の波長の到来信号をその上に入射させ、第１の波長に対応する（たとえば、例示的な実施形態において、第１の波長に実質的に等しい）誘導された作用信号を放射するように構成され、第２の２量子ビットゲートアレイ５１０Ｂは、第２の波長の到来信号をその上に入射させ、第２の波長に対応する（たとえば、例示的な実施形態において、第２の波長に実質的に等しい）誘導された作用信号を放射するように構成される。例示的な実施形態において、第１および第２の波長は、互いに等しくない。例示的な実施形態において、第１および第２の波長は、互いに実質的に等しい。たとえば、例示的な実施形態において、第１および第２の波長は、１５ＧＨｚ未満（たとえば、約１２．６４ＧＨｚ）だけ互いに分離された周波数に対応する。
【0090】
例示的な実施形態において、２量子ビットゲートアレイ５１０Ａ、５１０Ｂは、量子コンピュータの棚上げ機能を実行するために使用されるようにさらに構成される。たとえば、例示的な実施形態において、２量子ビットゲートアレイ５１０Ａ、５１０Ｂは、対応する原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクトのための棚上げ機能を実行するように構成された到来信号を受信し、対応する原子オブジェクト位置３０５に向けられたおよび／または集束された対応する誘導された作用信号を放射するように構成される。
【0091】
複数の作用アレイ４４０は、冷却アレイ５２０Ａ、５２０Ｂをさらに含む。様々な実施形態において、冷却アレイ５２０Ａ、５２０Ｂは、対応する原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトまたは原子オブジェクト結晶（たとえば、原子オブジェクトのグループ）の冷却（たとえば、共同冷却）を実行するように構成された到来信号を受信するように構成される。冷却アレイ５２０Ａ、５２０Ｂは、誘導された冷却信号が原子オブジェクト位置３０５に向けておよび／または集束させて放射されるように、冷却アレイ５２０Ａ、５２０Ｂ上に入射する到来信号に対応する誘導された冷却信号を放射するようにさらに構成される。様々な実施形態において、第１の冷却アレイ５２０Ａは、第３の波長の到来信号をその上に入射させ、第３の波長に対応する（たとえば、例示的な実施形態において、第３の波長に実質的に等しい）誘導された作用信号を放射するように構成され、第２の冷却アレイ５２０Ｂは、第４の波長の到来信号をその上に入射させ、第４の波長に対応する（たとえば、例示的な実施形態において、第４の波長に実質的に等しい）誘導された作用信号を放射するように構成される。例示的な実施形態において、第３および第４の波長は、互いに等しくない。たとえば、例示的な実施形態において、第３の波長は４９３ｎｍであり、第４の波長は、６５０ｎｍである。
【0092】
複数の作用アレイ４４０は、検出および／または単一量子ビットゲートアレイ５３０をさらに含む。様々な実施形態において、検出および／または単一量子ビットゲートアレイ５３０は、対応する原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクトに対して単一量子ビットゲートを実行するように構成された到来信号を受信し、原子オブジェクト位置３０５に向かうおよび／または集束された入射到来信号に対応する誘導された作用信号を放射するように構成される。様々な実施形態において、検出および／または単一量子ビットゲートアレイ５３０は、対応する原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクトに対して検出または読み取り機能（本明細書では読み取り機能と呼ばれる）を実行するように構成された到来信号を受信し、原子オブジェクト位置３０５に向かうおよび／または集束された入射到来信号に対応する誘導された作用信号を放射するように構成される。
【0093】
図示の実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００は、原子オブジェクト位置３０５に対応する収集アレイ５２０をさらに備える。様々な実施形態において、収集アレイ５２０は、（たとえば、読み取り機能を実行するように構成された作用信号が原子オブジェクト上に入射することに応答して）原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号を受信するように構成される。収集アレイ５４０は、放射信号が収集アレイ上に入射することに応答して、誘導された収集信号を放射するようにさらに構成される。収集アレイ５４０は、原子オブジェクト位置３０５に対応する収集位置に向かうおよび／または集束する収集信号を放射するように構成される。
【0094】
図６は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上の信号操作要素の別の例示的な配置６００を示す。配置６００は、複数の作用アレイ６２０（たとえば、６２０Ａ～Ｈ）と収集アレイ６４０とを備える。例示的な実施形態において、作用アレイ６２０の各々は、量子コンピュータの１つまたは複数の機能を実行するために使用するように構成される。たとえば、各作用アレイ６２０は、それぞれの機能に対応するそれぞれの特定の波長および／またはそれぞれの特定の波長範囲とともに使用するように構成され得る。たとえば、各作用アレイ６２０は、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃに関してより詳細に説明するように、特定の方法において集束される作用アレイを提供するように構成され得る。たとえば、作用アレイ６２０は、誘導された作用信号を、（全体の）それぞれの原子オブジェクト位置上および／またはそれぞれの原子オブジェクト位置の１つもしくは複数の部分上に集束させるように構成され得る。それぞれの作用アレイ６２０の特定の集束特性は、作用アレイ６２０が実行する際に使用するように設計された対応する機能に少なくとも部分的に基づいて構成される。
【0095】
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００は、真空／極低温チャンバ、１つまたは複数の放射線シールドなどの中に位置する。たとえば、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、原子オブジェクト閉じ込め装置３００は、なんらかのハウジング７０５（たとえば、クライオスタットおよび／または真空チャンバ４０、放射線シールドなど）内に配置される。ハウジング７０５は、複数の窓、ポートなどを備える。たとえば、操作信号窓７１５（たとえば、７１５Ａ、７１５Ｂ）は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面の平面に対して横方向に（たとえば、２０度と７０度との間の範囲内の角度で）伝播する操作信号６２がハウジング７０５に入ることを可能にするように構成される。例示的な実施形態において、操作信号は、操作信号が原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面の平面と４５度の角度を形成するように提供される。他の実施形態において、操作信号の様々な他の仰角（たとえば、２０度から７０度の範囲内）が使用され得る。
【0096】
様々な実施形態において、操作信号窓７１５および作用アレイ６２０は、作用信号が、それぞれの原子オブジェクト位置上に入射および／またはそれを通過した後に、反対の操作信号窓７１５を通ってハウジング７０５から出るように構成される。たとえば、例示的な実施形態において、第１の操作信号が、操作信号窓７１５Ａを通ってハウジングに入り、作用アレイ６２０Ｂ上に入射し、結果として生じる作用信号が、それぞれの原子オブジェクト位置を通過し、反対の操作信号窓７１５Ｂを通ってハウジング７０５から出る。同様に、第２の操作信号が、操作信号窓７１５Ｂを通ってハウジングに入り、作用アレイ６２０Ｆ上に入射し、結果として生じる作用信号が、それぞれの原子オブジェクト位置を通過し、反対の操作信号窓７１５Ａを通ってハウジング７０５から出る。したがって、作用信号がハウジング７０５から出ることを可能にしながら、ハウジング７０５における窓またはポートの数を減らすことができる。たとえば、作用信号がハウジングから出ることを可能にするという唯一の目的のために、窓がハウジングに追加される必要はない。そのような構成はまた、過剰な加熱を防止し、ならびに／またはそれぞれの原子オブジェクト位置３０５上に入射し、および／またはそれを通過した後にハウジング７０５内に残る作用信号によって引き起こされる原子オブジェクト読み取りにおけるノイズおよび作用クロストークを低減する。
【0097】
様々な実施形態において、ハウジング７０５は、１つまたは複数の収集窓７２０をさらに備える。図７Ｂに示すように、原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクト５Ａによって放射された放射信号は、対応する収集アレイ６４０上に入射する。誘導された収集信号は、ハウジング７０５の収集窓７２０に向けられる。様々な実施形態において、収集窓７２０は、原子オブジェクト位置３０５に対応する収集光学系と位置合わせされる。たとえば、収集信号は、収集信号が対応する光検出器によって検出されるように、収集窓７２０を通過し、原子オブジェクト位置３０５に対応する収集光学系上に入射する。操作信号窓７１５、作用アレイ６２０、収集窓７２０、および収集アレイ６４０の構成は、原子オブジェクト５によって生成される放射信号とは独立したプロセスを通じて生成される収集窓７２０から出る光の量を低減する。
【0098】
図８は、信号操作要素８１５（たとえば、作用アレイ８１５Ａ、８１５Ｂ、および／または収集アレイ８１５Ｃ）が原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上に形成および／または配置された別の例示的な実施形態の原子オブジェクト閉じ込め装置３００を示す。信号操作要素８１５は、透明な信号操作要素である。たとえば、信号操作要素８１５は、メタマテリアルアレイ（たとえば、特に配置された複数のメタマテリアル構造）によって形成されたレンズまたはレンズ状のフォトニックメタ表面であるメタ表面レンズである。図示の実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００は、第１の基板８１０上に形成される。第１の基板８１０は、様々な波長の光に対して透明であり、様々な波長は、量子コンピュータの１つもしくは複数の機能を実行するために使用され得る波長、および／または放射信号の波長を含む。たとえば、第１の基板８１０は、例示的な実施形態において、量子コンピュータによって使用されるそれぞれの操作信号を特徴付ける様々な波長の光に対して透明である。例示的な実施形態において、第１の基板８１０は、光が第１の基板８１０の第２の表面３５５から第１の基板８１０の第１の表面３５０まで第１の基板を通過することを可能にする導波路、ビアなどを備え、原子オブジェクト閉じ込め装置３００（たとえば、電極３１０）は、原子オブジェクト閉じ込め装置の第１の表面３５０上に形成される。例示的な実施形態において、信号操作要素８１５は、第１の基板８１０の第２の表面３５５上、および／または第１の基板８１０内（たとえば、第２の表面３５５と第１の表面３５０との間）に形成される。
【0099】
たとえば、操作信号６２は、第１の基板８１０の第２の表面３５５を介して原子オブジェクト閉じ込め装置３００に提供される。操作信号６２は、第１の基板８１０を通って第２の表面３５５から第１の表面３５０に（たとえば、第１の基板８１０のバルク材料、導波路、ビアなどを通って）伝播する。操作信号６２は、作用アレイ８１５Ａ上に入射する。作用アレイ８１５Ａは、レンズとして機能し、その結果、作用信号６４は、原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクト５上に入射する。様々な実施形態において、作用アレイ８１５Ａは、作用信号６４に、特定の偏光、位相、ビームプロファイル（たとえば、原子オブジェクト位置３０５におけるビームスポットサイズ、原子オブジェクト位置におけるビームにわたる強度プロファイルなど）を有するようにさせる。例示的な実施形態において、原子オブジェクト位置３０５に対応する第２の表面３５５の領域は、１つまたは複数の操作信号によって照射され、作用アレイは、実行されるべき機能のための適切な方法において適切な作用アレイが原子オブジェクト位置３０５に提供されるように、色彩フィルタリングを実行する。
【0100】
たとえば、原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクト５によって放射された放射信号７２は、収集アレイ８１５Ｃ上に入射する。収集アレイ８１５Ｃは、レンズとして機能し、第１の基板８１０を介してその第１の表面３５０から第２の表面３５５に（たとえば、第１の基板８１０のバルク材料、導波路、ビアなどを介して）、集束および／またはコリメートされた収集信号７４を提供する。収集光学系は、放射信号の検出を可能にするために収集信号７４が原子オブジェクト位置３０５に対応する収集光学系上に入射するように、第１の基板８１０の第２の表面３５５の近くに配置され得る。
【0101】
図９は、その上および／またはその中に形成および／または配置された１つまたは複数の信号操作要素９１５（たとえば、９１５Ａ、９１５Ｂ、９１５Ｃ）を有する第２の基板９１０が、操作信号が第２の基板９１０のそれぞれの信号操作要素９１５を介して原子オブジェクト位置３０５に提供され得るように、原子オブジェクト閉じ込め装置３００に対して固定された関係において取り付けられる別の構成を示す。たとえば、１つまたは複数の作用アレイ９１５Ａ、９１５Ｂが、例示的な実施形態において、第２の基板９１０の第１の表面９５０上に形成および／または配置される。たとえば、１つまたは複数の収集アレイ９１５Ｃが、例示的な実施形態において、第２の基板９１０の第１の表面９５０上に形成および／または配置される。例示的な実施形態において、１つまたは複数の作用アレイ９１５Ａ、９１５Ｂおよび／または収集アレイ９１５Ｃは、第２の基板９１０内に埋め込まれるおよび／または形成される。信号操作要素９１５は、透明な信号操作要素である。例示的な実施形態において、信号操作要素９１５は、第２の基板９１０の第２の表面９５５上、および／または第２の基板９１０内（たとえば、第２の表面９５５と第１の表面９５０との間）に形成される。
【0102】
様々な実施形態において、第２の基板９１０は、様々な波長の光に対して透明であり、様々な波長は、量子コンピュータの１つもしくは複数の機能を実行するために使用され得る波長、および／または放射信号の波長を含む。たとえば、第２の基板９１０は、例示的な実施形態において、量子コンピュータによって使用されるそれぞれの操作信号を特徴付ける様々な波長の光に対して透明である。例示的な実施形態において、第２の基板９１０は、光が第２の基板９１０の第２の表面９５５から第２の基板９１０の第１の表面９５０まで第２の基板を通過することを可能にする導波路、ビアなどを備え、第２の基板９１０の第１の表面９５０は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００に面する。
【0103】
たとえば、操作信号は、第２の基板９１０の第２の表面９５５を介して原子オブジェクト閉じ込め装置３００に提供される。操作信号は、第２の基板９１０を通って、第２の表面９５５から第２の表面９５０に（たとえば、第２の基板９１０のバルク材料、導波路、ビアなどを通って）伝播する。操作信号は、それぞれの作用アレイ９１５Ａ、９１５Ｂ上に入射する。たとえば、信号操作要素９１５は、メタマテリアルアレイ（たとえば、特に配置された複数のメタマテリアル構造）によって形成されたレンズまたはレンズ状のフォトニックメタ表面であるメタ表面レンズである。たとえば、作用アレイ９１５Ａ、９１５Ｂは、レンズとして機能し、その結果、作用信号は、原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクト５上に入射する。様々な実施形態において、作用アレイ９１５Ａ、９１５Ｂは、それぞれの作用信号に、特定の偏光、位相、ビームプロファイル（たとえば、原子オブジェクト位置３０５におけるビームスポットサイズ、原子オブジェクト位置におけるビームにわたる強度プロファイルなど）などを有するようにさせる。作用信号が原子オブジェクト位置３０５上に入射および／またはそれを通過すると、作用信号は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０で反射する。例示的な実施形態において、原子オブジェクト位置３０５に対応する第２の表面９５５の領域は、１つまたは複数の操作信号によって照射され、作用アレイは、実行されるべき機能のための適切な方法において適切な作用アレイが原子オブジェクト位置３０５に提供されるように、色彩フィルタリングを実行する。
【0104】
明確にするために図９には示されていないが、原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクト５は、放射信号を放射し得る。放射信号は、収集アレイ９１５Ｃ上に入射する。収集アレイ９１５Ｃは、レンズとして機能し、第２の基板９１０を介してその第１の表面９５０から第２の表面９５５に（たとえば、第２の基板９１０のバルク材料、導波路、ビアなどを介して）、集束および／またはコリメートされた収集信号を提供する。収集光学系は、放射信号の検出を可能にするために収集信号が原子オブジェクト位置３０５に対応する収集光学系上に入射するように、第２の基板９１０の第２の表面９５５の近くに配置され得る。
【0105】
例示的な実施形態において、作用アレイは、図９に示すように、第２の基板９１０上に配置および／または形成され、収集アレイは、図８に示すように、第１の基板８１０上（たとえば、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上）に配置および／または形成される。例示的な実施形態において、作用アレイは、図８に示すように、第１の基板８１０上（たとえば、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上）に配置および／または形成され、収集アレイは、図９に示すように、第２の基板９１０上に形成される。別の例示的な実施形態において、作用アレイのうちのいくつかは、第１の基板８１０上に配置および／または形成され、作用アレイのうちのいくつかは、第２の基板９１０上に配置および／または形成される。たとえば、第１の基板８１０は、第１の波長範囲の波長によって特徴付けられる光に対して透明であり得、第２の基板９１０は、第２の波長範囲の波長によって特徴付けられる光に対して透明であり得る。第１の波長範囲内の波長に対応する作用アレイ（および／または他の信号操作要素）が、第１の基板８１０上に形成および／または配置され得、第２の波長範囲内の波長に対応する作用アレイ（および／または他の信号操作要素）が、第２の基板９１０上に形成および／または配置され得る。
【0106】
様々な実施形態において、信号操作要素（たとえば、作用アレイ）は、作用信号を、（全体の）それぞれの原子オブジェクト位置上および／またはそれぞれの原子オブジェクト位置の１つもしくは複数の部分上に集束させるように構成される。たとえば、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、原子オブジェクト位置３０５に位置する４つの原子オブジェクト５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、および５Ｄのグループを示す。たとえば、原子オブジェクトのグループは、例示的な実施形態において、４つのイオン結晶であり得る。図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、それぞれの信号操作要素による作用信号の例示的な集束を示す。様々な実施形態において、様々な信号操作要素が、図示の方法のうちの１つもしくは複数において、または他の方法において集束されたそれぞれの作用アレイを提供するように構成され得る。
【0107】
図１０Ａは、第１の信号操作要素１０４０Ａ（たとえば、作用アレイ）上に入射する例示的な到来信号１０６２（たとえば、操作信号）を示す。誘導された第１の作用信号１０６４Ａは、第１のビームプロファイル１０６８Ａを有する。第１のビームプロファイル１０６８Ａは、第１の信号操作要素１０４０Ａを形成するメタマテリアル構造の幾何学的形状によって制御される。第１のビームプロファイル１０６８Ａは、原子オブジェクト位置３０５全体が第１の作用信号１０６４Ａによって照射されるように構成される。たとえば、第１のビームプロファイル１０６８Ａは、第１の作用信号１０６４Ａが、原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクト５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、および５Ｄのすべての上に入射するように構成される。
【0108】
図１０Ｂは、第２の信号操作要素１０４０Ｂ（たとえば、作用アレイ）上に入射する例示的な到来信号１０６２（たとえば、操作信号）を示す。誘導された第２の作用信号１０６４Ｂは、第２のビームプロファイル１０６８Ｂを有する。第２のビームプロファイル１０６８Ｂは、第２の信号操作要素１０４０Ｂを形成するメタマテリアル構造の幾何学的形状によって制御される。第２のビームプロファイル１０６８Ｂは、原子オブジェクト位置３０５に位置する１つの原子オブジェクト５Ｂのみが第２の作用信号１０６４Ｂによって照射されるように構成される。たとえば、第２のビームプロファイル１０６８Ｂは、第２の作用信号１０６４Ｂが原子オブジェクト位置３０５の（既知の）部分上にのみ入射するように構成される。これは、第２の作用信号１０６４Ｂが原子オブジェクト５Ｂのうちの１つのみの上に入射することを可能にする。
【0109】
図１０Ｃは、第３の信号操作要素１０４０Ｃ（たとえば、作用アレイ）上に入射する例示的な到来信号１０６２（たとえば、操作信号）を示す。第３の信号操作要素１０４０Ｃは、２つの独立して集束された作用信号（たとえば、第３の作用信号１０６４Ｃおよび第４の作用信号１０６４Ｄ）を提供するように構成される。誘導された第３の作用信号１０６４Ｃは、第３のビームプロファイル１０６８Ｃを有する。誘導された第４の作用信号１０６４Ｄは、第４のビームプロファイル１０６８Ｄを有する。第３のビームプロファイル１０６８Ｃおよび第４のビームプロファイル１０６８Ｄは、第３の信号操作要素１０４０Ｃを形成するメタマテリアル構造の幾何学的形状によって制御される。第３のビームプロファイル１０６８Ｃは、原子オブジェクト位置３０５に位置する１つの原子オブジェクト５Ｂのみが第３の作用信号１０６４Ｃによって照射されるように構成される。たとえば、第３のビームプロファイル１０６８Ｃは、第３の作用信号１０６４Ｃが原子オブジェクト位置３０５の（既知の）部分上にのみ入射するように構成される。第４のビームプロファイル１０６８Ｄは、原子オブジェクト位置３０５に位置する１つの原子オブジェクト５Ｃのみが第４の作用信号１０６４Ｄによって照射されるように構成される。たとえば、第４のビームプロファイル１０６８Ｄは、第４の作用信号１０６４Ｄが原子オブジェクト位置３０５の（既知の）部分上にのみ入射するように構成される。これは、第３の作用信号１０６４Ｃが原子オブジェクト５Ｂのうちの１つのみの上に入射し、第４の作用信号１０６４Ｄが原子オブジェクト５Ｃのうちの１つのみの上に入射することを可能にする。例示的な実施形態において、第３および第４の作用信号１０６４Ｃ、１０６４Ｄは、異なる特性（たとえば、異なる強度、偏光、位相など）または同様の特性（たとえば、同様の強度、偏光、位相など）を有し得る。
【0110】
したがって、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃによって示されているように、信号操作要素は、所望の特性を有し、対応する原子オブジェクト位置全体および／または原子オブジェクト位置の１つもしくは複数の部分の上に入射する誘導された作用信号を提供するように構成され得る。
【0111】
様々な実施形態において、信号管理システムは、第１の基板上（たとえば、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上）および／または原子オブジェクト閉じ込め装置３００に対して固定された位置において取り付けられた第２の基板上に形成された作用アレイに操作信号６２が提供されることを可能にする光路を規定および／または提供する。
【0112】
様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０の信号管理システムは、操作ソース６０から（たとえば、原子オブジェクト閉じ込め装置の第１の基板または第２の基板上に形成および／または配置された）対応する信号操作要素までの光路６６を規定するように構成された光学素子を備える。様々な実施形態において、量子コンピュータ１１０は、収集信号の測定、検出、捕捉などのために、対応する光検出器（たとえば、フォトダイオード、光電子増倍管、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）センサ、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサ、および／または他の光検出器）に収集信号を提供するように構成された収集光学系を備える。
【0113】
図１１は、様々な実施形態による、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上および／または第２の基板９１０上の信号操作要素に操作信号を提供するおよび／または信号操作要素から収集信号を受信するように構成された例示的な光学アセンブリ１１００の概念図である。光学アセンブリ１１００は、操作信号が原子オブジェクト閉じ込め装置３００に関連する適切な作用アレイに提供され得るように、操作ソース６０によって生成された操作信号を提供するように構成された光ファイバである複数の到来ファイバ１１１５を備える。
【0114】
たとえば、到来ファイバ１１１５は、操作ソース６０によって生成された操作信号を、操作信号を到来信号６２として対応する作用アレイに集束させるように構成された到来レンズ１１１０（またはレンズアセンブリ）に送達する。例示的な実施形態において、到来レンズ１１１０は、操作信号が原子オブジェクト位置に関連する２つ以上の信号操作要素上に入射するように、操作信号を、それぞれの原子オブジェクト閉じ込め装置に対応する一般領域に集束させる。信号操作要素によって実行される色彩フィルタリングは、適切な作用信号を提供するように適切な信号操作要素を誘導させる。操作信号が入射する他の信号操作要素は、操作信号の波長に応答するように構成されていないので、対応する作用信号を提供しない。
【0115】
図示の光学アセンブリ１１００は、収集位置４４５からの収集信号を対応する光検出器４５０に提供するように構成された光ファイバである少なくとも１つの収集ファイバ４２５をさらに備える。様々な実施形態において、対応する原子オブジェクト位置３０５に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号７２に対応する収集信号７４が、放射信号７２とそれぞれの収集アレイとの相互作用により収集レンズ４２０上に入射および／または集束されるように、収集レンズ４２０（および／またはレンズアセンブリ）が収集位置４４５において配置される。集束レンズ４２０は、収集信号を対応する収集ファイバ４２５に向け、および／または集束させる。収集ファイバ４２５は、光検出器４５０が光収集信号を示す電気信号を生成し得るように、図４Ｂに示すように、収集信号を対応する光検出器４５０に提供する。次いで、光収集信号を示す電気信号は、処理、分析、メモリへの記憶などのために、（たとえば、例示的な実施形態において、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１６２５を介して）量子コンピュータ１１０のコントローラ３０に提供され得る。
【0116】
様々な実施形態において、到来ファイバ１１１５および収集ファイバ４２５は、ファイバがファイバ間隔βだけ離間されるように、１つまたは複数のファイバブロックにおいて配置される。様々な実施形態において、ファイバ間隔βは、到来ファイバ１１１５および／または収集ファイバ４２５のファイバクラッディングに基づいて決定される。例示的な実施形態において、ファイバ間隔βは、５０から２００μｍの範囲（たとえば、約１２５μｍ）である。
【0117】
例示的な実施形態において、到来レンズ１１１０および／または収集レンズ４２０は、約１．５ｍｍの焦点距離ｆと、約５６μｍのレンズ１１１５、４１５によって形成されたビームのコリメートされたビームウェストｗと、約１８．５ｍｍのレンズ１１１５、４１５によって形成されたビームのレイリー長Ｚｒとを有する。
【0118】
様々な実施形態において、到来レンズ１１１０および／または収集レンズ４２０は、レンズとして機能するように構成されたＤＯＥおよび／または透過性メタマテリアルアレイである。
【0119】
図１２は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００に関連する信号操作要素に到来信号を送達するように、および／または原子オブジェクト閉じ込め装置に関連する信号操作要素から収集信号を受信するように構成された光学アセンブリ１２００の一部の断面の概念図を提供する。原子オブジェクト閉じ込め装置３００は、光学アクセス窓４５（たとえば、操作信号窓７１５、収集窓７２０）を有するクライオスタットおよび／または真空チャンバ４０内に位置する。操作信号は、操作ソース６０によって生成され、光路６６に沿って提供される。図１２に示す実施形態において、光路６６は、１つまたは複数のファイバピグテール１２２０の１つまたは複数の光ファイバを備える。光ファイバは、操作信号を複数の操作信号に分割すること、結果として生じる到来信号が適切な信号操作要素上に入射するように操作信号を向けることなどを行うように構成された分配および位置決め光学要素１２１０に操作信号を提供する。例示的な実施形態において、分配および位置決め光学要素１２１０は、（たとえば、１つまたは複数のファイバピグテール１２２０によって５軸ポジショナに提供される）光ファイバアレイ内の光ファイバの端部を正確に位置決めするように構成された５軸ポジショナである。例示的な実施形態において、分配および位置決め光学要素１２１０は、１つまたは複数の変調器、導波路、（たとえば、ＤＯＥおよび／またはメタマテリアルアレイを備える）ビームスプリッタ、レンズ（たとえば、到来レンズ１１１０および／または収集レンズ４２０）、二重層メタマテリアルアレイビームスプリッタ１３００、フォトニック集積回路（ＰＩＣ（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ））１４００などを備える。例示的な実施形態において、１つもしくは複数の音響光学変調器（ＡＯＭ（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ））および／または１つもしくは複数の電気工学偏向器などの自由空間光学要素は、操作信号の時分割多重化を可能にすることができ、これは、レーザパワー要件を低減する。様々な実施形態において、変調器、ＰＩＣ１４００などの動作は、コントローラ３０によって制御される。
【0120】
操作信号の少なくとも一部は、到来信号として分配および位置決め光学要素１２１０を出て、適切な作用アレイ４００上に入射するように光学アクセス窓４５（たとえば、操作信号窓７１５）を通って伝播する。分配および位置決め光学要素１２１０は、その上に入射する収集信号を有し、収集信号をファイバピグテール１２２０のうちの１つの光ファイバに集束させるように構成された収集レンズ４２０などの収集光学系も含み得る。次いで、光ファイバは、収集信号を光検出器に送達し得る。
【0121】
例示的な実施形態において、１つの操作ソース６０は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の様々な原子オブジェクト位置３０５に対応する作用アレイに提供される複数の操作信号に分割される１つの操作信号を提供し得る。したがって、ビーム管理システムによって規定される光路は、様々な実施形態において、１つまたは複数のビームスプリッタを含む。図１３は、二重層メタマテリアルアレイビームスプリッタ１３００の例示的な実施形態を示す。１つまたは複数の二重層メタマテリアルアレイビームスプリッタ１３００は、分配および位置決め光学要素１２１０内に含まれ得、ならびに／または原子オブジェクト閉じ込め装置３００に関連するそれぞれの作用アレイに操作信号を提供するように構成された１つもしくは複数のビーム経路を形成および／もしくは規定するためにその他の方法で使用され得る。
【0122】
ビームスプリッタ１３００は、ビームスプリッタ基板１３３０を備える。基板１３３０は、少なくとも分割波長の光に対して透明である材料１３３６を含み、ビームスプリッタ１３００は、分割波長によって特徴付けられる光の光信号を分割するように構成される。分割メタマテリアルアレイ１３１０が、ビームスプリッタ基板１３３０の第１の表面１３３２上に形成および／または配置される。分割メタマテリアルアレイ１３１０は、分割波長の光信号９０がその上に入射することに応答して２つ以上の信号９２（たとえば、９２Ａ～Ｃ）を提供するように構成される。たとえば、分割メタマテリアルアレイ１３１０は、ビームスプリッタ基板１３３０を通して異なる方向に向けられた２つ以上の信号９２（たとえば、図示の実施形態において３つ）を形成するように構成される。たとえば、分割メタマテリアルアレイ１３１０は、ビームスプリッタ基板１３３０の第２の表面１３３４上のそれぞれの位置上に向けられたおよび／または集束された２つ以上の信号９２を提供するように構成される。分割メタマテリアルアレイ１３１０は、２つ以上の信号９２の各々に提供される光信号９０の到来光パワーの部分を制御する。分割メタマテリアルアレイ１３１０は、第２の表面１３３４上のそれぞれの位置の位置決めをさらに制御する。
【0123】
コリメートメタマテリアルアレイ１３２０（たとえば、１３２０Ａ、１３２０Ｂ、１３２０Ｃ）は、ビームスプリッタ基板１３３０の第２の表面１３３４上のそれぞれの位置上に形成および／または配置される。コリメートメタマテリアルアレイ１３２０は、それぞれの信号９２がその上に入射することに応答して、それぞれのコリメートされた信号９４（たとえば、９４Ａ～Ｃ）を提供するように構成される。たとえば、コリメートされた信号９４の各々は、それぞれの光ファイバに結合され、自由空間および／またはバルク光学系などを介して標的位置に提供され得る。様々な実施形態において、コリメートメタマテリアルアレイ１３２０は、それぞれのコリメートされた信号９４を集束するように構成され得る。例示的な実施形態において、コリメートアレイ１３２０は、それぞれのコリメートされた信号９４を集束し、方向付け（たとえば、出射角を変更し）、および／またはコリメートするように構成される。例示的な実施形態において、ビームスプリッタ１３００は、コリメートされた信号９４がコリメートメタマテリアルアレイ１３２０を介してビームスプリッタ１３００を出るとき、コリメートされた信号９４が原子オブジェクト閉じ込め装置３００に関連するそれぞれの作用アレイに向かって伝播するように構成される。
【0124】
様々な実施形態において、分割メタマテリアルアレイ１３１０および／またはコリメートメタマテリアルアレイ１３２０は、コリメートされた信号９４が所望の波長（たとえば、分割波長）および／または周波数範囲および／またはプロファイル（たとえば、分割波長に対応する周波数を含む）によって特徴付けられるように、到来光信号の色彩フィルタリングを実行するように構成される。
【0125】
様々な実施形態において、分割メタマテリアルアレイ１３１０および／またはコリメートメタマテリアルアレイ１３２０は、それぞれのコリメートされた信号９４の偏光および／または位相を制御するように構成される。
【0126】
例示的な実施形態において、ＰＩＣ１４００は、（たとえば、操作ソース６０によって生成された操作信号から）複数の操作信号を生成し、複数の操作信号を、原子オブジェクト閉じ込め装置３００のそれぞれの原子オブジェクト位置３０５に関連するそれぞれの作用アレイに提供するために使用される。図１４Ａは、操作信号をそれぞれの作用アレイに提供するために使用され得る例示的なＰＩＣ１４００の正面図（ｆａｃｅ－ｏｎ ｖｉｅｗ）を示す。図１４Ｂは、ＰＩＣ１４００の側面図を示し、ＰＩＣ１４００は、操作信号をそれぞれの作用アレイに提供するためにバルク光学要素（たとえば、レンズ１４４０）と協調して使用される。図１４Ｃは、操作信号をそれぞれの作用アレイに提供するために外部光学構成要素が必要とされないように、メタマテリアルアレイ１４５０がＰＩＣ１４００の出力窓１４１０内に形成および／または配置されたＰＩＣ１４００の側面図を示す。
【0127】
様々な実施形態において、１つまたは複数の操作ソース６０によって生成された１つまたは複数の操作信号が、それぞれの光ファイバ１４２０を介してＰＩＣ１４００に提供される。ＰＩＣ１４００は、用途に応じて、操作信号を分割および／または変更する（たとえば、振幅を変更する、変調するなど）。次いで、ＰＩＣ１４００は、それぞれの光学窓１４１０を介して、適切に調整された信号を提供する。
【0128】
図１４Ｂに示すように、様々な実施形態において、レンズ１４４０などの外部および／またはバルク光学系が、ＰＩＣ１４００の光学窓１４１０を出る信号をコリメートおよび／または集束し、原子オブジェクト閉じ込め装置３００のそれぞれの原子オブジェクト位置３０５に関連するそれぞれの作用アレイに向けて信号を導く。
【0129】
図１４Ｃに示すように、様々な実施形態において、透過性メタマテリアルアレイ１４５０が、光学窓１４１０内に配置および／または形成される。メタマテリアルアレイ１４５０は、ＰＩＣ１４００の光学窓１４１０を出る信号をコリメートおよび／または集束し、信号を、原子オブジェクト閉じ込め装置３００のそれぞれの原子オブジェクト位置３０５に関連するそれぞれの作用アレイに向けて導くように構成される。
【0130】
ビーム管理システムの例示的な位置合わせ
様々な実施形態において、作用信号がそれぞれの原子オブジェクト位置３０５に適切に送達されるように、１つまたは複数の光ビーム経路を対応する位置（たとえば、作用アレイおよび／または他の信号操作要素）と位置合わせするために、位置合わせプロセスが実行される。位置合わせには、到来操作信号の伝播方向に対して実質的に垂直であるように規定された平面に対して平行な２つの独立した方向における傾きに関連する２つの自由度、到来操作信号の伝播方向に対して実質的に平行な軸の周りの回転に関連する１つの自由度、到来操作信号の伝播方向に対して実質的に垂直であるように規定された平面に対して平行な２つの独立した方向における変位に関連する２つの並進自由度、および到来操作信号の伝播方向に対して実質的に平行な方向における変位に関連する１つの並進自由度の６つの自由度が存在する。
様々な実施形態において、作用信号がそれぞれの原子オブジェクト位置３０５に適切に送達されるように、１つまたは複数の光ビーム経路を対応する位置（たとえば、作用アレイおよび／または他の信号操作要素）と位置合わせするために、位置合わせプロセスが実行される。位置合わせには、到来操作信号の伝播方向に対して実質的に垂直であるように規定された平面に対して平行な２つの独立した方向における傾きに関連する２つの自由度、到来操作信号の伝播方向に対して実質的に平行な軸の周りの回転に関連する１つの自由度、到来操作信号の伝播方向に対して実質的に垂直であるように規定された平面に対して平行な２つの独立した方向における変位に関連する２つの並進自由度、および到来操作信号の伝播方向に対して実質的に平行な方向における変位に関連する１つの並進自由度の６つの自由度が存在する。
【0131】
様々な実施形態において、１つまたは複数の自由度における理想的な位置合わせからの逸脱が決定されることを可能にする信号操作要素の位置合わせ配置が提供される。高速フィードバックループを使用して、信号操作要素の位置合わせ配置を使用して捕捉された測定値が処理され得、機械的な微調整メカニズム（たとえば、圧電微調整デバイス）が、適切な位置合わせを達成し、振動ノイズを補正するために、光路と原子オブジェクト閉じ込め装置３００に関連するそれぞれの信号操作要素との位置合わせを調整するように制御され得る。例示的な実施形態において、コントローラ３０は、信号操作要素の位置合わせ配置を使用して捕捉された測定値を受信し、それらの測定値を処理し、機械的な微調整メカニズムを制御するように構成される。
【0132】
理解されるべきであるように、信号操作要素の位置合わせ配置の様々な実施形態が、ＱＣＣＤベースの量子コンピューティング用途において、ならびに異なる構成要素の配置が必要とされるおよび／または望まれる様々な他の用途において使用され得る。たとえば、位置合わせ配置の様々な実施形態が、表面上の光学系の正確な位置合わせ、２つの表面の互いに対する位置合わせ（光学系の特定の必要性なしに、光学系が相対的な位置合わせを確実にするためにのみ使用され得る）、固定表面に対する１つの表面、および／または他の正確な位置合わせ用途において使用され得る。
【0133】
様々な実施形態において、位置合わせ配置は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上、および／または第２の基板９１０の第１または第２の表面９５０、９５５上に形成される。例示的な実施形態において、複数の位置合わせ配置が、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０および／または第２の基板９１０の第１もしくは第２の表面９５０、９５５上に形成される。たとえば、位置合わせ配置は、特定の光学アクセス窓４５（たとえば、操作信号窓７１５、収集窓７２０）に対応し得る。例示的な実施形態において、位置合わせ配置は、光学アクセス窓４５ごとに設けられる。様々な実施形態において、位置合わせ配置から反射されたおよび／またはそれを透過した光を捕捉および／または測定するように構成された１つまたは複数の検出器が、ハウジング７０５の外側、ならびに／またはクライオスタットおよび／もしくは真空チャンバの外側に位置し得る。次いで、検出器は、処理のためにそれぞれの捕捉された光信号を示すそれぞれの電気信号を（たとえば、Ａ／Ｄコンバータ１６２５を介して）コントローラ３０に提供し得る。
【0134】
様々な実施形態において、位置合わせ配置は、本明細書では回転位置合わせ信号操作要素と呼ばれる、到来信号の伝播の方向に対して実質的に平行な軸の周りの回転に関する位置合わせまたは適切な位置合わせからの変位を検出するように構成された１つまたは複数の信号操作要素を備える。直線偏光到来信号について、ソースの回転は、到来信号の偏光の回転と同じである。様々な実施形態において、回転位置合わせ信号操作要素は、前方伝播振幅が到来信号の偏光に基づいて変調されるように、入射偏光に対して非常に敏感な鋭い共鳴ピーク（たとえば、反対称共鳴、ファノ共鳴、連続体の束縛状態（ＢＩＣ（ｂｏｕｎｄ ｓｔａｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ））共鳴、疑似ＢＩＣ共鳴など）を有する（たとえば、勾配が課されていない）均一なフォトニックメタ表面である。様々な実施形態において、回転位置合わせ信号操作要素は、到来信号の所望の偏光が共鳴し、偏光の公称回転が共鳴からわずかに外れるように構成される。たとえば、回転位置合わせ信号操作要素は、正の回転が共鳴に近づき、負の回転が共鳴から離れるように（またはその逆に）構成される。共鳴応答の導関数は、共鳴ピークの側において最大化されるので、そのような回転位置合わせ信号操作要素は、回転位置合わせ信号操作要素に対する到来信号光路の回転位置合わせの高感度の測定を提供する。例示的な実施形態において、回転位置合わせ信号操作要素は、電気的または磁気的双極子共鳴を使用する。
【0135】
例示的な実施形態において、位置合わせ配置は、２つの回転位置合わせ信号操作要素を備える。たとえば、第１の回転位置合わせ信号操作要素は、公称位置合わせが応答ピークの中心に対応するように調整され得、第２の回転位置合わせ信号操作要素は、感度を最大化し、回転検出に関する情報を提供するように調整され得る。たとえば、第２の回転位置合わせ信号操作要素の公称位置合わせは、応答ピークの約半分であり得る。第１の回転位置合わせ信号操作要素は、初期位置合わせのために使用され得、第２の回転位置合わせ信号操作要素は、位置合わせを微調整すること、位置合わせに対するリアルタイム調整を実行することなどのために使用され得る。
【0136】
様々な実施形態において、位置合わせ配置は、本明細書では傾斜位置合わせ信号操作要素と呼ばれる、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０によって規定された表面に対して実質的に平行な２つの独立した方向に沿った傾斜に関する位置合わせまたは適切な位置合わせからの変位を検出するように構成された１つまたは複数の信号操作要素を備える。様々な実施形態において、傾斜位置合わせ信号操作要素は、前方伝播振幅が到来信号の入射角に基づいて変調されるように、到来信号の入射角に対して非常に敏感な鋭い共鳴ピーク（たとえば、反対称共鳴、ファノ共鳴、ＢＩＣ共鳴、疑似ＢＩＣ共鳴など）を有する（たとえば、勾配が課されていない）均一なフォトニックメタ表面である。様々な実施形態において、傾斜位置合わせ信号操作要素は、到来信号の所望の入射角が共鳴し、所望の入射角から離れた公称傾斜が共鳴からわずかに外れるように構成される。たとえば、例示的な実施形態において、傾斜位置合わせ信号操作要素は、正の傾斜が共鳴に近づき、負の傾斜が共鳴から離れるように（またはその逆に）構成される。例示的な実施形態において、位置合わせ配置は、傾斜度ごとに少なくとも１つの信号操作要素を備える。様々な実施形態において、傾斜位置合わせ信号操作要素は、２度の傾斜に対して非対称な応答を有する。
【0137】
例示的な実施形態において、位置合わせ配置は、傾斜方向ごとに２つの傾斜位置合わせ信号操作要素を備える。たとえば、第１の傾斜位置合わせ信号操作要素は、公称位置合わせが応答ピークの中心に対応するように調整され得、第２の傾斜位置合わせ信号操作要素は、感度を最大化し、傾斜検出に関する情報を提供するように調整され得る。たとえば、第２の傾斜位置合わせ信号操作要素の公称位置合わせは、応答ピークの約半分であり得る。第１の傾斜位置合わせ信号操作要素は、初期位置合わせのために使用され得、第２の傾斜位置合わせ信号操作要素は、位置合わせを微調整すること、位置合わせに対するリアルタイム調整を実行することなどのために使用され得る。
【0138】
様々な実施形態において、位置合わせ配置は、本明細書では垂直並進位置合わせ信号操作要素と呼ばれる、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０によって規定された表面に対して実質的に垂直な方向に沿った並進変位に関する位置合わせまたは適切な位置合わせからの変位を検出するように構成された１つまたは複数の信号操作要素を備える。様々な実施形態において、垂直並進位置合わせ信号操作要素は、高開口数メタマテリアルレンズである。コリメートされていない信号が垂直並進位置合わせ信号操作要素上に入射すると、出射ビームの直径は、焦点を過ぎた平面において測定される。出射ビームの測定された直径は、対応する光路の信号放出光学系の変位を示す。
【0139】
例示的な実施形態において、位置合わせ配置は、図１５Ａに示すように、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面３５０によって規定された平面に対して実質的に平行な２つの方向における並進に関する光路の位置合わせを測定するように構成された散乱要素のセットを備える横方向変位要素１５００を備える。図１５Ａは、散乱要素１５１０（たとえば、１５１０Ａ、１５１０Ｂ、１５１０Ｃ）のパターン１５０５を示す。光渦の形態における到来信号１５２０が提供される。様々な実施形態において、到来信号は、光の軌道角運動量の操作を通じて形成される。光渦は、その中心においてゼロ振幅の特異点を有する（たとえば、図１５Ａに示すように、信号の振幅は、環状構造を形成する）。第１の散乱体１５１０Ａは、適切な並行並進位置合わせが達成されると、光渦の中心におけるゼロ振幅の特異点と位置合わせされる。第２の散乱体１５１０Ｂは、適切な並行並進位置合わせが達成されると、第１の散乱体１５１０Ａから第１の方向において変位した、到来信号１５２０のリングの外方エッジにおいて部分的に照射される。第３の散乱体１５１０Ｃは、適切な並行並進位置合わせが達成されると、第１の散乱体１５１０Ａから第２の方向において変位した、到来信号１５２０のリングの外方エッジにおいて部分的に照射される。第１の方向に変位した散乱体１５１０Ｂの輝度は、第１の方向の変位の大きさおよび方向を示し、第２の方向に変位した散乱体１５１０Ｃの輝度は、第２の方向の変位の大きさおよび方向を示し、公称変位位置合わせは、中央散乱体１５１０Ａの輝度を最小化することによって特徴付けられる。この構成は、３つの散乱要素のみを必要とすることによって、散乱光ならびにフットプリントを最小化する。光渦は、あるいは外部のＰＩＣ１４００または二重メタマテリアルアレイビームスプリッタ１３００のいずれかと統合されるメタマテリアルアレイまたはＤＯＥによって生成され得る。例示的な実施形態において、ガウスビームが到来信号１５２０として使用される。
【0140】
別の例示的な実施形態において、位置合わせ配置は、図１５Ｂに示すように、原子オブジェクト閉じ込め装置の表面３５０によって規定された平面に実質的に平行な２つの方向における並進に関する光路との位置合わせを測定するように構成された散乱要素１５３０（たとえば、１５３０Ａ、１５３０Ｂ、１５３０Ｃ、１５３０Ｄ）の行１５３５（たとえば、１５３５Ａ、１５３５Ｂ）を備える横方向変異要素１５５０を備える。到来信号は、暗フリンジ１５４０（たとえば、１５４０Ａ、１５４０Ｂ、１５４０Ｃ）と明フリンジ１５４５（たとえば、１５４５Ａ、１５４５Ｂ）とを含む干渉パターンの形態である。適切な平行並進位置合わせが達成されると、第１の行１５３５Ａは、（たとえば、５０％の輝度反射を提供する）明フリンジ１５４５Ａの縁に沿って位置合わせされ、第２の行１５３５Ｂは、暗フリンジ１５４０Ｂの中心と位置合わせされる。散乱要素１５３０の画像化は、散乱要素１５３０の行１５３５上に入射する光の全強度の特徴付けを提供する。横方向の変位は、各行１５３５の明化または暗化を結果として生じることになる。公称位置合わせは、暗フリンジ１５４０と位置合わせされた行の最小の散乱強度を結果として生じる。部分的に照射された行（たとえば、行１５３５Ａ）の散乱の振幅は、位置ずれの方向を示す。散乱体の行の第２のセット、および暗フリンジと明フリンジとを含む干渉パターンの形態における第２の到来信号は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０によって規定される平面に対しても実質的に平行な第２の（独立した）方向における変位を決定するために使用される。
【0141】
様々な実施形態において、横方向変位要素１５００、１５５０の使用は、検出された信号（たとえば、入射ビームが横方向変位要素に入射することによる反射／散乱信号）の空間フィルタリングを含む。例示的な実施形態において、空間フィルタリングは、カメラの焦点面上の散乱体を画像化することによって行われる。検出された光信号の空間フィルタリングのための様々な他の技法が、様々な他の実施形態において使用され得る。
【0142】
例示的な実施形態において、位置合わせ配置は、６つの自由度すべてを同時に特徴付けるように構成された単一のフォトニックメタ表面レンズを備える。たとえば、位置合わせ配置は、多次位置合わせメタマテリアルアレイを備えるか、またはそれからなり得る。多次位置合わせメタマテリアルアレイは、傾斜の位置ずれが、到来信号が多次位置合わせメタマテリアルアレイ上に入射することから結果として生じるビームの焦点形状の伸長を引き起こし、および／または出射角をシフトするように構成される。たとえば、多次位置合わせメタマテリアルアレイのエッジは、到来信号が多次位置合わせメタマテリアルアレイに入射することから結果として生じるビームに到来信号の横方向の変位を示す偏差を提供するように構成され得る。たとえば、多次位置合わせメタマテリアルアレイを囲む回折格子は、（たとえば、到来信号が多次位置合わせメタマテリアルアレイと適切に位置合わせされていないことによって）照射される場合、特徴的なフリンジを提供する。たとえば、多次位置合わせメタマテリアルアレイは、回転位置ずれを測定するために、直交する直線偏光について個別の光学機能を用いて構成され得る。たとえば、第１の方向の直線偏光された光は、シータの角度において集束および偏光され、第２の方向の線形偏光された光は、負のシータの角度において集束および偏光される。２つの焦点の振幅を比較することは、回転の位置合わせまたは位置ずれが決定され得るように、両方の入射偏光の強度比を示す。
【0143】
例示的な実施形態において、多次位置合わせメタマテリアルアレイは、ビーム管理システムの光路と原子オブジェクト閉じ込め装置３００に関連する対応する作用アレイとの初期位置合わせのために使用される。１つまたは複数の回転位置合わせ信号操作要素、傾斜位置合わせ信号操作要素、垂直並進位置合わせ信号操作要素、および／または散乱要素のセット／行は、ビーム管理システムの光路と原子オブジェクト閉じ込め装置３００に関連する対応する作用アレイとの微細な位置合わせおよび／または位置合わせのリアルタイム補正を実行するために使用される。
【0144】
技術的利点
様々な実施形態は、原子オブジェクト閉じ込め装置によって閉じ込められた原子オブジェクトへの操作信号の正確かつ効率的な送達、および／または原子オブジェクト閉じ込め装置によって閉じ込められた原子オブジェクトによって放射される放射信号の指標を収集することに対する技術的解決策を提供する。これらの様々な解決策は、大規模な１次元または多次元（たとえば、２次元）の原子オブジェクト閉じ込め装置のための信号送達および／または収集を提供するためにスケーラブルである。たとえば、様々な実施形態において、特に、操作信号は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０によって規定された平面に対して横方向に（たとえば、ほぼ垂直に）送られる。たとえば、操作信号は、操作信号が信号操作要素上に入射し、対応する原子オブジェクト位置上に集束する作用信号を放出するようにアレイのメタマテリアル構造を誘導するように、送られる。別の例において、原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号が、表面３５０上に形成および／または配置された信号操作要素上に入射し、誘導された収集信号が、表面３５０によって定義された平面からそれぞれの収集位置に向けて放射される。
様々な実施形態は、原子オブジェクト閉じ込め装置によって閉じ込められた原子オブジェクトへの操作信号の正確かつ効率的な送達、および／または原子オブジェクト閉じ込め装置によって閉じ込められた原子オブジェクトによって放射される放射信号の指標を収集することに対する技術的解決策を提供する。これらの様々な解決策は、大規模な１次元または多次元（たとえば、２次元）の原子オブジェクト閉じ込め装置のための信号送達および／または収集を提供するためにスケーラブルである。たとえば、様々な実施形態において、特に、操作信号は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０によって規定された平面に対して横方向に（たとえば、ほぼ垂直に）送られる。たとえば、操作信号は、操作信号が信号操作要素上に入射し、対応する原子オブジェクト位置上に集束する作用信号を放出するようにアレイのメタマテリアル構造を誘導するように、送られる。別の例において、原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号が、表面３５０上に形成および／または配置された信号操作要素上に入射し、誘導された収集信号が、表面３５０によって定義された平面からそれぞれの収集位置に向けて放射される。
【0145】
信号操作要素への到来信号または放射信号の入射角は、放射された誘導された作用信号または収集信号のそれぞれの位置決めにとってそれほど重要ではないので、システムは、かなりのビームジッタに対してロバストである。たとえば、上記のように、作用アレイは、到来信号のビームの直径の１倍から７倍の直径を有し得る。量子コンピュータの対応する機能の実行のために十分なエネルギーフラックスを提供する到来信号の少なくとも一部が作用アレイ上に入射する限り、作用アレイは、対応する機能を実行するためにそれぞれの原子オブジェクト位置に向けておよび／または集束させて作用信号を放射するように誘導される。
【0146】
さらに、信号操作要素は、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の表面３５０上に形成および／または配置されるので、原子オブジェクト閉じ込め装置３００の動きは、ビームポイントエラーにつながらない。むしろ、原子オブジェクト閉じ込め装置の動きは、操作信号パワーの較正を通じて補償され得る小さい振幅エラーをもたらす可能性がある。
【0147】
それに加えて、様々な実施形態は、より低いパワーの操作信号の使用を可能にする。たとえば、例示的な従来の構成において、線形４イオン結晶が量子ビットイオンとともに使用され、量子ビットイオンは線形結晶の端部に位置し（たとえば、２つの共同冷却イオンが量子ビットイオン間に位置し）、量子ビットイオンは、約８ミクロンだけ分離されている。量子ビットイオンの両方を照射するために、両方の量子ビットイオンを照射するために大きいスポットサイズの操作信号（たとえば、直径約１７ミクロン）が使用される。しかしながら、これは、比較的高いパワーの操作信号（たとえば、約５０ｍＷ）を必要とする。様々な実施形態のメタ表面は、単一の操作信号を、必要な距離（たとえば、約８ミクロン）だけ分離された、各々が数ミクロンのスポットサイズを有する２つのスポットに集束させることを可能にする。これは、操作信号の必要なパワーの大幅な削減を可能にする。たとえば、様々な実施形態において、操作信号の必要なパワーは、１０分の１よりも削減される。
【0148】
様々な実施形態は、光路を規定し、および／または到来信号を作用アレイに提供し、光路をそれぞれの作用アレイと位置合わせするための効率的な技法をさらに提供する。
【0149】
したがって、様々な実施形態は、原子オブジェクト閉じ込め装置によって閉じ込められた原子オブジェクトに操作信号を提供し、原子オブジェクトからの放射信号の指標を収集する技術分野に技術的な改善を提供する。
【0150】
例示的なコントローラ
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００が、コントローラ３０を備えるシステム（たとえば、量子コンピュータ１１０）に組み込まれる。様々な実施形態において、コントローラ３０は、システム（たとえば、量子コンピュータ１１０）の様々な要素を制御するように構成される。たとえば、コントローラ３０は、電圧源５０、クライオスタットおよび／もしくは真空チャンバ４０内の温度および圧力を制御するクライオスタットシステムおよび／もしくは真空システム、操作ソース６０、冷却システム、および／もしくはクライオスタットおよび／もしくは真空チャンバ４０内の環境条件（たとえば、温度、湿度、圧力など）を制御する他のシステムを制御するように構成され得、ならびに／または原子オブジェクト閉じ込め装置３００によって閉じ込められた１つもしくは複数の原子オブジェクトの量子状態の制御された発展を操作および／もしくは引き起こすように構成され得る。様々な実施形態において、コントローラ３０は、１つまたは複数の光収集システムから信号を受信するように構成され得る。
様々な実施形態において、原子オブジェクト閉じ込め装置３００が、コントローラ３０を備えるシステム（たとえば、量子コンピュータ１１０）に組み込まれる。様々な実施形態において、コントローラ３０は、システム（たとえば、量子コンピュータ１１０）の様々な要素を制御するように構成される。たとえば、コントローラ３０は、電圧源５０、クライオスタットおよび／もしくは真空チャンバ４０内の温度および圧力を制御するクライオスタットシステムおよび／もしくは真空システム、操作ソース６０、冷却システム、および／もしくはクライオスタットおよび／もしくは真空チャンバ４０内の環境条件（たとえば、温度、湿度、圧力など）を制御する他のシステムを制御するように構成され得、ならびに／または原子オブジェクト閉じ込め装置３００によって閉じ込められた１つもしくは複数の原子オブジェクトの量子状態の制御された発展を操作および／もしくは引き起こすように構成され得る。様々な実施形態において、コントローラ３０は、１つまたは複数の光収集システムから信号を受信するように構成され得る。
【0151】
図１６に示すように、様々な実施形態において、コントローラ３０は、処理要素１６０５、メモリ１６１０、ドライバコントローラ要素１６１５、通信インターフェース１６２０、アナログ－デジタルコンバータ要素１６２５などを含む様々なコントローラ要素を備え得る。たとえば、処理要素１６０５は、プログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）、マイクロプロセッサ、コプロセッシングエンティティ、特定用途向け命令セットプロセッサ（ＡＳＩＰ）、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プラグラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、ハードウェアアクセラレータ、他の処理デバイスおよび／もしくは回路など、ならびに／またはコントローラを備え得る。回路という用語は、完全にハードウェアの実施形態、またはハードウェアとコンピュータプログラム製品との組合せを指し得る。例示的な実施形態において、コントローラ３０の処理要素１６０５は、クロックを備え、および／またはクロックと通信している。
【0152】
たとえば、メモリ１６１０は、ハードディスク、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＭＣ、ＳＤメモリカード、メモリスティック、ＣＢＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＲＲＡＭ、ＳＯＮＯＳ、レーストラックメモリ、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＰＭ ＤＲＡＭ、ＥＤＯ ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＲＩＭＭ、ＤＩＭＭ、ＳＩＭＭ、ＶＲＡＭ、キャッシュメモリ、レジスタメモリなどのうちの１つまたは複数などの揮発性および／または不揮発性メモリストレージなどの非一時的メモリを備え得る。様々な実施形態において、メモリ１６１０は、量子アルゴリズムおよび／または回路に実行させるために実行されるコマンドのキュー（たとえば、実行可能キュー）、（たとえば、量子ビットレコードデータストア、量子ビットレコードデータベース、量子ビットレコードテーブル、などの中の）量子コンピュータの量子ビットに対応する量子ビットレコード、較正テーブル、（たとえば、１つまたは複数のコンピュータ言語、専用コントローラ言語などにおける）コンピュータプログラムコードなどを記憶し得る。例示的な実施形態において、（たとえば、処理要素１６０５による）メモリ１６１０内に記憶されたコンピュータプログラムコードの少なくとも一部の実行は、コントローラ３０に、操作信号を原子オブジェクト位置に提供するため、ならびに／または原子オブジェクト閉じ込め装置３００の対応する原子オブジェクト位置に位置する原子オブジェクトによって放射された放射信号の指標を収集、検出、捕捉、および／もしくは測定するための、本明細書に記載の１つまたは複数のステップ、動作、処理、手順などを実行させる。
【0153】
様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素１６１０は、１つもしくは複数のドライバ、および／または各々が１つもしくは複数のドライバを制御するように構成されたコントローラ要素を含み得る。様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素１６１０は、ドライバおよび／またはドライバコントローラを備え得る。たとえば、ドライバコントローラは、１つまたは複数の対応するドライバに、コントローラ３０によって（たとえば、処理要素１６０５によって）スケジュールされ、実行される実行可能命令、コマンドなどに従って動作させるように構成され得る。様々な実施形態において、ドライバコントローラ要素１６１５は、コントローラ３０が電圧源５０、操作ソース６０、冷却システムなどを動作することを可能にし得る。様々な実施形態において、ドライバは、操作信号を生成するために１つまたは複数の操作ソース６０を動作するように構成されたレーザドライバ、真空構成要素ドライバ、原子オブジェクト閉じ込め装置３００のトラップ電位を維持および／または制御するために使用される電極に印加される電流および／または電圧の流れを制御するためのドライバ（および／または原子オブジェクト閉じ込め装置の電位生成要素にドライバ作用シーケンスを提供するための他のドライバ）、クライオスタットおよび／または真空システム構成要素ドライバ、冷却システムドライバなどであり得る。様々な実施形態において、コントローラ３０は、１つまたは複数の光受信機構成要素（たとえば、光収集システムの光検出器）からの信号を通信および／または受信するための手段を備える。たとえば、コントローラ３０は、１つまたは複数の光受信機構成要素（たとえば、光収集システムの光検出器）、較正センサなどからの信号を受信するように構成された１つまたは複数のアナログ－デジタルコンバータ要素１６２５を備え得る。
【0154】
様々な実施形態において、コントローラ３０は、コンピューティングエンティティ１０とインターフェースおよび／または通信するための通信インターフェース１６２０を備え得る。たとえば、コントローラ３０は、コンピューティングエンティティ１０から実行可能命令、コマンドセットなどを受信し、量子コンピュータ１１０から（たとえば、光収集システムから）受信した出力および／または出力を処理した結果をコンピューティングエンティティ１０に提供するための通信インターフェース１６２０を備え得る。様々な実施形態において、コンピューティングエンティティ１０およびコントローラ３０は、直接有線および／もしくはワイヤレス接続を介して、ならびに／または１つもしくは複数の有線および／もしくはワイヤレスネットワーク２０を介して通信し得る。
【0155】
例示的なコンピューティングエンティティ
図１７は、本発明の実施形態と併せて使用され得る例示的なコンピューティングエンティティ１０の説明的な概略表現を提供する。様々な実施形態において、コンピューティングエンティティ１０は、ユーザが、（たとえば、コンピューティングエンティティ１０のユーザインターフェースを介して）量子コンピュータ１１０に入力を提供し、量子コンピュータ１１０からの出力を受信、表示、分析などすることを可能にするように構成される。
図１７は、本発明の実施形態と併せて使用され得る例示的なコンピューティングエンティティ１０の説明的な概略表現を提供する。様々な実施形態において、コンピューティングエンティティ１０は、ユーザが、（たとえば、コンピューティングエンティティ１０のユーザインターフェースを介して）量子コンピュータ１１０に入力を提供し、量子コンピュータ１１０からの出力を受信、表示、分析などすることを可能にするように構成される。
【0156】
図１７に示すように、コンピューティングエンティティ１０は、アンテナ１７１２と、送信機１７０４（たとえば、無線）と、受信機１７０６（たとえば、無線）と、それぞれ、送信機１７０４および受信機１７０６に信号を提供し、送信機１７０４および受信機１７０６から信号を受信する処理要素１７０８とを含むことができる。それぞれ、送信機１７０４および受信機１７０６に提供され、送信機１７０４および受信機１７０６から受信される信号は、コントローラ３０、他のコンピューティングエンティティ１０などの様々なエンティティと通信するための適用可能なワイヤレスシステムのエアインターフェース規格に従うシグナリング情報／データを含み得る。これに関して、コンピューティングエンティティ１０は、１つまたは複数のエアインターフェース規格、通信プロトコル、変調タイプ、およびアクセスタイプを用いて動作することが可能であり得る。たとえば、コンピューティングエンティティ１０は、ファイバ分散データインターフェース（ＦＤＤＩ（ｆｉｂｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ））、デジタル加入者線（ＤＳＬ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ））、イーサネット、非同期転送モード（ＡＴＭ（ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｄｅ））、フレームリレー、ケーブルによるデータサービスインターフェース標準（ＤＯＣＳＩＳ（ｄａｔａ ｏｖｅｒ ｃａｂｌｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ））、または任意の他の有線伝送プロトコルなどの、有線データ伝送プロトコルを使用して通信を受信および／または提供するように構成され得る。同様に、コンピューティングエンティティ１０は、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ（ｇｅｎｅｒａｌ ｐａｃｋｅｔ ｒａｄｉｏ ｓｅｒｖｉｃｅ））、ユニバーサル移動体通信システム（ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ））、符号分割多元接続２０００（ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）２０００）、ＣＤＭＡ２０００ １Ｘ（１ｘＲＴＴ）、広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ（登録商標）（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ））、汎欧州デジタル移動電話方式（ＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ））、ＧＳＭ進化型高速データレート（ＥＤＧＥ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ ｒａｔｅｓ ｆｏｒ ＧＳＭ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ））、時分割同期符号分割多元接続（ＴＤ－ＳＣＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ－Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ））、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ））、進化型ユニバーサル地上無線アクセスネットワーク（Ｅ－ＵＴＲＡＮ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ））、エボリューションデータオプティマイズド（ＥＶＤＯ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ－Ｄａｔａ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ））、高速パケットアクセス（ＨＳＰＡ）、高速ダウンリンクパケットアクセス（ＨＳＤＰＡ）、ＩＥＥＥ８０２．１１（Ｗｉ－Ｆｉ）、Ｗｉ－Ｆｉ Ｄｉｒｅｃｔ、８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、超広帯域（ＵＷＢ）、赤外線（ＩＲ）プロトコル、近距離無線通信（ＮＦＣ（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ））プロトコル、Ｗｉｂｒｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈプロトコル、ワイヤレスユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）プロトコル、および／または任意の他のワイヤレスプロトコルなどの、様々なプロトコルのいずれかを使用するワイヤレス外部通信ネットワークを介して通信するように構成され得る。コンピューティングエンティティ１０は、境界ゲートウェイプロトコル（ＢＧＰ（Ｂｏｒｄｅｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、動的ホスト構成プロトコル（ＤＨＣＰ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｈｏｓｔ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、ドメイン名システム（ＤＮＳ（Ｄｏｍａｉｎ Ｎａｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ））、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ（Ｆｉｌｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、ハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ（Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、ＨＴＴＰオーバＴＬＳ／ＳＳＬ／セキュア、インターネットメッセージアクセスプロトコル（ＩＭＡＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、ネットワーク時間プロトコル（ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、簡易メール転送プロトコル（ＳＭＴＰ（Ｓｉｍｐｌｅ Ｍａｉｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、テルネット、トランスポート層セキュリティ（ＴＬＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ））、セキュアソケットレイヤ（ＳＳＬ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｓｏｃｋｅｔｓ Ｌａｙｅｒ））、インターネットプロトコル（ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、データグラム輻輳制御プロトコル（ＤＣＣＰ（Ｄａｔａｇｒａｍ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、ストリーム制御伝送プロトコル（ＳＣＴＰ（Ｓｔｒｅａｍ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））、ハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ（ＨｙｐｅｒＴｅｘｔ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ））などを使用して通信するために、そのようなプロトコルおよび規格を使用し得る。
【0157】
これらの通信規格およびプロトコルを介して、非構造化付加サービス情報／データ（ＵＳＳＤ）、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｓｅｒｖｉｃｅ））、マルチメディアメッセージングサービス（ＭＭＳ（Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ Ｓｅｒｖｉｃｅ））、デュアルトーン多重周波数シグナリング（ＤＴＭＦ（Ｄｕａｌ－Ｔｏｎｅ Ｍｕｌｔｉ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ））、および／または加入者識別モジュールダイヤラ（ＳＩＭ（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）ダイヤラ）などの概念を使用して様々な他のエンティティと通信することができる。コンピューティングエンティティ１０は、たとえば、そのファームウェア、ソフトウェア（たとえば、実行可能命令、アプリケーション、プログラムモジュールを含む）、およびオペレーティングシステムに対する変更、アドオン、および更新をダウンロードすることもできる。
【0158】
様々な実施形態において、コンピューティングエンティティ１０は、たとえば、コントローラ３０とインターフェースおよび／または通信するためのネットワークインターフェース１７２０を備え得る。たとえば、コンピューティングエンティティ１０は、コントローラ３０による受信のための実行可能命令、コマンドセットなどを提供するため、ならびに／または量子コンピュータ１１０によって提供される出力および／もしくは出力を処理した結果を受信するためのネットワークインターフェース１７２０を備え得る。様々な実施形態において、コンピューティングエンティティ１０およびコントローラ３０は、直接有線および／もしくはワイヤレス接続を介して、ならびに／または１つもしくは複数の有線および／もしくはワイヤレスネットワーク２０を介して通信し得る。
【0159】
コンピューティングエンティティ１０は、１つまたは複数のユーザ入力／出力インターフェース（たとえば、処理要素１７０８に結合されたディスプレイ１７１６および／もしくはスピーカ／スピーカドライバ、ならびに処理要素１７０８に結合されたタッチスクリーン、キーボード、マウス、および／もしくはマイクロフォン）を備えるユーザインターフェースデバイスも備え得る。たとえば、ユーザ出力インターフェースは、情報／データの表示もしくは可聴提示を引き起こすため、および／または１つもしくは複数のユーザ入力インターフェースを介してそれと対話するために、コンピューティングエンティティ１０上で交換可能に実行されるおよび／またはそれを介してアクセス可能な、アプリケーション、ブラウザ、ユーザインターフェース、インターフェース、ダッシュボード、スクリーン、ウェブページ、ページ、および／または本明細書で使用される同様の単語を提供するように構成され得る。ユーザ入力インターフェースは、キーパッド１７１８（ハードまたはソフト）、タッチディスプレイ、ボイス／音声もしくはモーションインターフェース、スキャナ、リーダー、または他の入力デバイスなどの、コンピューティングエンティティ１０がデータを受信することを可能にするいくつかのデバイスのうちのいずれかを備えることができる。キーパッド１７１８を含む実施形態において、キーパッド１７１８は、従来の数字（０～９）および関連するキー（＃、＊）と、コンピューティングエンティティ１０を動作するために使用される他のキーとを含む（またはそれらのキーの表示をもたらす）ことができ、英数字キーの完全なセット、または英数字キーの完全なセットを提供するためにアクティブ化され得るキーのセットを含み得る。入力を提供することに加えて、ユーザ入力インターフェースは、たとえば、スクリーンサーバおよび／またはスリープモードなどの特定の機能をアクティブ化または非アクティブ化するために使用され得る。そのような入力を通じて、コンピューティングエンティティ１０は、情報／データ、ユーザ対話／入力などを収集することができる。
【0160】
コンピューティングエンティティ１０は、埋め込まれ得、および／または取り外し可能であり得る、揮発性ストレージもしくはメモリ１７２２、および／または不揮発性ストレージもしくはメモリ１７２４を含むこともできる。たとえば、不揮発性メモリは、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＭＭＣ、ＳＤメモリカード、メモリスティック、ＣＢＲＡＭ、ＰＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＲＲＡＭ、ＳＯＮＯＳ、レーストラックメモリなどであり得る。揮発性メモリは、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦＰＭ ＤＲＡＭ、ＥＤＯ ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ３ ＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＲＩＭＭ、ＤＩＭＭ、ＳＩＭＭ、ＶＲＡＭ、キャッシュメモリ、レジスタメモリなどであり得る。揮発性および不揮発性ストレージまたはメモリは、データベース、データベースインスタンス、データベース管理システムエンティティ、データ、アプリケーション、プログラム、プログラムモジュール、スクリプト、ソースコード、オブジェクトコード、バイトコード、コンパイルされたコード、解釈されたコード、マシンコード、実行可能命令、および／またはコンピューティングエンティティ１０の機能を実装するための同様のものを記憶することができる。
【0161】
結論
本明細書に記載の本発明の多くの修正および他の実施形態が、前述の説明および関連する図面において提示した教示の利益を有する、本発明が関係する当業者に思い浮かぶであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、修正および他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されていることが理解されるべきである。本明細書において特定の用語が用いられているが、それらは、一般的かつ説明的な意味においてのみ使用されており、限定の目的のために使用されていない。
本明細書に記載の本発明の多くの修正および他の実施形態が、前述の説明および関連する図面において提示した教示の利益を有する、本発明が関係する当業者に思い浮かぶであろう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、修正および他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されていることが理解されるべきである。本明細書において特定の用語が用いられているが、それらは、一般的かつ説明的な意味においてのみ使用されており、限定の目的のために使用されていない。
【符号の説明】
【0162】
５ 原子オブジェクト
５Ａ 原子オブジェクト、オブジェクト
５Ｂ オブジェクト
５Ｃ オブジェクト
５Ｄ オブジェクト
１０ コンピューティングエンティティ
２０ 有線またはワイヤレスネットワーク
３０ コントローラ
４０ クライオスタットおよび／または真空チャンバ
４５ 光学アクセス窓
５０ 電圧源
６０ 操作ソース
６２ 操作信号
６６ 光路
６６Ａ 光路
６６Ｂ 光路
６６Ｃ 光路
７０ 光収集システム
７２ 放射信号
７４ 収集信号
９０ 光信号
９２ 信号
９２Ａ～Ｃ 信号
９４ コリメートされた信号
９４Ａ～Ｃ コリメートされた信号
１００ 量子コンピューティングシステム
１１０ 量子コンピュータ
３００ 原子オブジェクト閉じ込め装置、閉じ込め装置、２次元原子オブジェクト閉じ込め装置
３０５ 原子オブジェクト位置
３１０ 電極
３２０ 原子オブジェクト経路
３３０ 島
３５０ 表面、第１の表面
３５５ 第２の表面
３６０ 酸化物および／または電気絶縁層
３６５ 接地導体
４００ 作用アレイ
４１０ メタマテリアル構造
４２０ 収集レンズ
４２５ 収集ファイバ
４４０ 収集アレイ
４４５ 収集位置
４５０ 光検出器
５００ 配置
５１０Ａ 作用アレイ、２量子ビットゲートアレイ
５１０Ｂ 作用アレイ、２量子ビットゲートアレイ
５２０ 収集アレイ
５２０Ａ 作用アレイ、冷却アレイ
５２０Ｂ 作用アレイ、冷却アレイ
５３０ 作用アレイ、検出および／または単一量子ビットゲートアレイ
５４０ 収集アレイ
６００ 配置
６２０ 作用アレイ
６２０Ａ～Ｈ 作用アレイ
６４０ 収集アレイ
７０５ ハウジング
７１５ 操作信号窓
７１５Ａ 操作信号窓
７１５Ｂ 操作信号窓
７２０ 収集窓
８１０ 第１の基板
８１５ 信号操作要素
８１５Ａ 作用アレイ
８１５Ｂ 作用アレイ
８１５Ｃ 収集アレイ
９１０ 第２の基板
９１５ 信号操作要素
９１５Ａ 信号操作要素、作用アレイ
９１５Ｂ 信号操作要素、作用アレイ
９１５Ｃ 信号操作要素、収集アレイ
９５０ 第１の表面
９５５ 第２の表面
１０４０Ａ 第１の信号操作要素
１０４０Ｂ 第２の信号操作要素
１０４０Ｃ 第３の信号操作要素
１０６２ 到来信号
１０６４Ａ 第１の作用信号
１０６４Ｂ 第２の作用信号
１０６４Ｃ 第３の作用信号
１０６４Ｄ 第４の作用信号
１０６８Ａ 第１のビームプロファイル
１０６８Ｂ 第２のビームプロファイル
１０６８Ｃ 第３のビームプロファイル
１０６８Ｄ 第４のビームプロファイル
１１００ 光学アセンブリ
１１１０ 到来レンズ
１１１５ 到来ファイバ
１２００ 光学アセンブリ
１２１０ 分配および位置決め光学要素
１２２０ ファイバピグテール
１３００ 二重層メタマテリアルアレイビームスプリッタ、ビームスプリッタ
１３１０ 分割メタマテリアルアレイ
１３２０ コリメートメタマテリアルアレイ、コリメートアレイ
１３２０Ａ コリメートメタマテリアルアレイ
１３２０Ｂ コリメートメタマテリアルアレイ
１３２０Ｃ コリメートメタマテリアルアレイ
１３３０ ビームスプリッタ基板、基板
１３３２ 第１の表面
１３３４ 第２の表面
１３３６ 材料
１４００ フォトニック集積回路（ＰＩＣ）、ＰＩＣ
１４１０ 出力窓、光学窓
１４２０ 光ファイバ
１４４０ レンズ
１４５０ メタマテリアルアレイ、透過性メタマテリアルアレイ
１５００ 横方向変位要素
１５０５ パターン
１５１０ 散乱要素
１５１０Ａ 散乱要素、第１の散乱体
１５１０Ｂ 散乱要素、第２の散乱体
１５１０Ｃ 散乱要素、第３の散乱体
１５２０ 到来信号
１５３０ 散乱要素
１５３０Ａ 散乱要素
１５３０Ｂ 散乱要素
１５３０Ｃ 散乱要素
１５３０Ｄ 散乱要素
１５３５ 行
１５３５Ａ 行、第１の行
１５３５Ｂ 行、第２の行
１５４０ 暗フリンジ
１５４０Ａ 暗フリンジ
１５４０Ｂ 暗フリンジ
１５４０Ｃ 暗フリンジ
１５４５ 明フリンジ
１５４５Ａ 明フリンジ
１５４５Ｂ 明フリンジ
１５５０ 横方向変異要素
１６０５ 処理要素
１６１０ メモリ
１６１５ ドライバコントローラ要素
１６２０ 通信インターフェース
１６２５ Ａ／Ｄコンバータ、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、アナログ－デジタルコンバータ要素
１７０４ 送信機
１７０６ 受信機
１７０８ 処理要素
１７１２ アンテナ
１７１６ ディスプレイ
１７１８ キーパッド
１７２０ ネットワークインターフェース
１７２２ 揮発性ストレージまたはメモリ
１７２４ 不揮発性ストレージまたはメモリ
５Ａ 原子オブジェクト、オブジェクト
５Ｂ オブジェクト
５Ｃ オブジェクト
５Ｄ オブジェクト
１０ コンピューティングエンティティ
２０ 有線またはワイヤレスネットワーク
３０ コントローラ
４０ クライオスタットおよび／または真空チャンバ
４５ 光学アクセス窓
５０ 電圧源
６０ 操作ソース
６２ 操作信号
６６ 光路
６６Ａ 光路
６６Ｂ 光路
６６Ｃ 光路
７０ 光収集システム
７２ 放射信号
７４ 収集信号
９０ 光信号
９２ 信号
９２Ａ～Ｃ 信号
９４ コリメートされた信号
９４Ａ～Ｃ コリメートされた信号
１００ 量子コンピューティングシステム
１１０ 量子コンピュータ
３００ 原子オブジェクト閉じ込め装置、閉じ込め装置、２次元原子オブジェクト閉じ込め装置
３０５ 原子オブジェクト位置
３１０ 電極
３２０ 原子オブジェクト経路
３３０ 島
３５０ 表面、第１の表面
３５５ 第２の表面
３６０ 酸化物および／または電気絶縁層
３６５ 接地導体
４００ 作用アレイ
４１０ メタマテリアル構造
４２０ 収集レンズ
４２５ 収集ファイバ
４４０ 収集アレイ
４４５ 収集位置
４５０ 光検出器
５００ 配置
５１０Ａ 作用アレイ、２量子ビットゲートアレイ
５１０Ｂ 作用アレイ、２量子ビットゲートアレイ
５２０ 収集アレイ
５２０Ａ 作用アレイ、冷却アレイ
５２０Ｂ 作用アレイ、冷却アレイ
５３０ 作用アレイ、検出および／または単一量子ビットゲートアレイ
５４０ 収集アレイ
６００ 配置
６２０ 作用アレイ
６２０Ａ～Ｈ 作用アレイ
６４０ 収集アレイ
７０５ ハウジング
７１５ 操作信号窓
７１５Ａ 操作信号窓
７１５Ｂ 操作信号窓
７２０ 収集窓
８１０ 第１の基板
８１５ 信号操作要素
８１５Ａ 作用アレイ
８１５Ｂ 作用アレイ
８１５Ｃ 収集アレイ
９１０ 第２の基板
９１５ 信号操作要素
９１５Ａ 信号操作要素、作用アレイ
９１５Ｂ 信号操作要素、作用アレイ
９１５Ｃ 信号操作要素、収集アレイ
９５０ 第１の表面
９５５ 第２の表面
１０４０Ａ 第１の信号操作要素
１０４０Ｂ 第２の信号操作要素
１０４０Ｃ 第３の信号操作要素
１０６２ 到来信号
１０６４Ａ 第１の作用信号
１０６４Ｂ 第２の作用信号
１０６４Ｃ 第３の作用信号
１０６４Ｄ 第４の作用信号
１０６８Ａ 第１のビームプロファイル
１０６８Ｂ 第２のビームプロファイル
１０６８Ｃ 第３のビームプロファイル
１０６８Ｄ 第４のビームプロファイル
１１００ 光学アセンブリ
１１１０ 到来レンズ
１１１５ 到来ファイバ
１２００ 光学アセンブリ
１２１０ 分配および位置決め光学要素
１２２０ ファイバピグテール
１３００ 二重層メタマテリアルアレイビームスプリッタ、ビームスプリッタ
１３１０ 分割メタマテリアルアレイ
１３２０ コリメートメタマテリアルアレイ、コリメートアレイ
１３２０Ａ コリメートメタマテリアルアレイ
１３２０Ｂ コリメートメタマテリアルアレイ
１３２０Ｃ コリメートメタマテリアルアレイ
１３３０ ビームスプリッタ基板、基板
１３３２ 第１の表面
１３３４ 第２の表面
１３３６ 材料
１４００ フォトニック集積回路（ＰＩＣ）、ＰＩＣ
１４１０ 出力窓、光学窓
１４２０ 光ファイバ
１４４０ レンズ
１４５０ メタマテリアルアレイ、透過性メタマテリアルアレイ
１５００ 横方向変位要素
１５０５ パターン
１５１０ 散乱要素
１５１０Ａ 散乱要素、第１の散乱体
１５１０Ｂ 散乱要素、第２の散乱体
１５１０Ｃ 散乱要素、第３の散乱体
１５２０ 到来信号
１５３０ 散乱要素
１５３０Ａ 散乱要素
１５３０Ｂ 散乱要素
１５３０Ｃ 散乱要素
１５３０Ｄ 散乱要素
１５３５ 行
１５３５Ａ 行、第１の行
１５３５Ｂ 行、第２の行
１５４０ 暗フリンジ
１５４０Ａ 暗フリンジ
１５４０Ｂ 暗フリンジ
１５４０Ｃ 暗フリンジ
１５４５ 明フリンジ
１５４５Ａ 明フリンジ
１５４５Ｂ 明フリンジ
１５５０ 横方向変異要素
１６０５ 処理要素
１６１０ メモリ
１６１５ ドライバコントローラ要素
１６２０ 通信インターフェース
１６２５ Ａ／Ｄコンバータ、アナログ－デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、アナログ－デジタルコンバータ要素
１７０４ 送信機
１７０６ 受信機
１７０８ 処理要素
１７１２ アンテナ
１７１６ ディスプレイ
１７１８ キーパッド
１７２０ ネットワークインターフェース
１７２２ 揮発性ストレージまたはメモリ
１７２４ 不揮発性ストレージまたはメモリ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15A】
【図15B】
【図16】
【図17】
【外国語明細書】