特許 7507817 彎曲したレッグを有する周期多次元原子対象閉込め装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-20

(45)【発行日】2024-06-28

(54)【発明の名称】彎曲したレッグを有する周期多次元原子対象閉込め装置

(51)【国際特許分類】

   G06N 10/40 20220101AFI20240621BHJP

【ＦＩ】

G06N10/40

【請求項の数】 3

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022130751

(22)【出願日】2022-08-18

(65)【公開番号】P2023029308

(43)【公開日】2023-03-03

【審査請求日】2022-10-17

(31)【優先権主張番号】63/235,007

(32)【優先日】2021-08-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/810,082

(32)【優先日】2022-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【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】クリストファー・ランガー

(72)【発明者】

【氏名】カーティス・ヴォリン

【審査官】▲はま▼中 信行

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５３０１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００６８８３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５１４８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２９９７６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】Mark Webber et al.，Efficient Qubit Routing for a Globally Connected Trapped Ion Quantum Computer，arXiv [online]，2020年08月19日，pp.1-13，[検索日 2023.09.28]，インターネット <URL: https://arxiv.org/abs/2002.12782>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｎ １０／００－１０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子対象閉込め装置であって、
複数のレッグであって、前記複数のレッグの個々のレッグが一次元トラップセグメントを画定する、複数のレッグと、
複数のジャンクションであって、前記複数のジャンクションの個々のジャンクションが前記複数のレッグのうちの少なくとも２つのレッグを接続する、複数のジャンクションと
を備え、
前記複数のレッグおよび前記複数のジャンクションが、接続された一次元トラップセグメントの周期または準周期アレイを形成するように配置され、
前記周期アレイは、アレイのトポロジおよび／またはジオメトリが定義された周期で反復するアレイであり、前記準周期アレイは、１つまたは複数の次元においてかき乱される周期性を有し、
前記周期アレイまたは準周期アレイが１つまたは複数の最も小さいアレイ要素を備え、
前記最も小さいアレイ要素は、前記接続された一次元トラップセグメントの周期または準周期アレイのレイアウトをタイル張りするために、または前記接続された一次元トラップセグメントの周期または準周期アレイのレイアウトのテセレーションを形成するために使用されるレッグおよびジャンクションの最も小さいグループであり、
前記１つまたは複数の最も小さいアレイ要素の個々の最も小さいアレイ要素が少なくとも１つの彎曲したレッグを備える、
原子対象閉込め装置。

【請求項2】

前記アレイが、前記複数のレッグのうちの第１の点におけるレッグに対して接線接触状態で引かれた直線が、前記複数のレッグのうちの前記アレイの周期性または前記アレイの前記周期性の分周における追加レッグに対して接線接触状態であり、また、前記複数のレッグのうちの残りのレッグについて、前記直線が、（ａ）前記複数のレッグのうちの前記残りのレッグのそれぞれのレッグと前記それぞれのレッグの離散点で交わるか、あるいは（ｂ）前記複数のレッグのうちの前記残りのレッグの前記それぞれのレッグと交わらないかのいずれかであるように構成される、請求項１に記載の原子対象閉込め装置。

【請求項3】

前記アレイが、
前記複数のレッグのうちの第１の点におけるレッグに対して接線接触状態で引かれた第１の直線が、前記複数のレッグのうちの前記アレイの周期性または前記アレイの前記周期性の分周における第１のセットの追加レッグに対して接線接触状態であり、また、記複数のレッグのうちの残りのレッグについて、前記第１の直線が、（ａ）前記複数のレッグのうちの前記残りのレッグのそれぞれのレッグと前記それぞれのレッグの離散点で交わるか、あるいは（ｂ）前記複数のレッグのうちの前記残りのレッグの前記それぞれのレッグと交わらないかのいずれかである、
前記複数のレッグのうちの第２の点におけるレッグに対して直角に引かれた第２の直線が、前記複数のレッグのうちの前記アレイの前記周期性または前記アレイの前記周期性の分周における第２のセットの追加レッグのそれぞれのレッグに対して直角である、
前記アレイの前記周期性または前記アレイの前記周期性の分周における前記複数のレッグうちのレッグのグループに対して接線接触状態で引かれた第３の直線が、レッグの前記グループに沿った他のどの点においても、レッグの前記グループのうちのどのレッグとも交わらない、
前記複数のレッグのうちの第４の点におけるレッグに対して接線接触状態で引かれた第４の直線が前記レッグからの前記アレイの所与の数の周期内における前記複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではない、または、
前記複数のレッグのうちの第５の点におけるレッグに対して直角に引かれた第５の直線が、（ａ）前記複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではなく、また、（ｂ）前記レッグからの前記アレイの所与の数の周期内における前記複数のレッグのうちの別のレッグの点に対しても直角ではない、
のうちの少なくとも１つを満足するように構成される、請求項１に記載の原子対象閉込め装置。

【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、２０２１年８月１９日に出願した米国出願第６３／２３５，００７号の優先権を主張するものであり、この出願の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

【0002】

様々な実施形態は、彎曲したレッグを有する多次元原子対象閉込め装置、および彎曲したレッグを有する多次元イオントラップ装置を含むシステムに関する。例えば様々な実施形態は、彎曲したレッグを含むレッグの周期および／または準周期アレイを有する多次元原子対象閉込め装置に関し、これらのレッグはジャンクションによって接続される。

【背景技術】

【0003】

イオントラップは、電界および磁界の組合せを使用して、ポテンシャル井戸の中の複数のイオンを捕獲することができる。イオンは多くの目的のためにトラップすることができ、これらの目的には、例えばトラップされたイオンについての質量分析、研究、および／または量子状態の制御を含むことができる。様々なシナリオでは、多次元（例えば二次元）イオントラップを使用して複数のイオンをトラップすることができる。通常、多次元イオントラップは、１つまたは複数のジャンクションを介して互いに接続される複数の一次元トラップセグメントを備えている。したがって、努力、創意および革新を通して、本発明の実施形態に従って構造化される解決法を開発することによってこのような従来のイオントラップ、およびこのようなイオントラップを組み込んだシステムの多くの欠陥が解決されており、本明細書においては、これらの本発明の実施形態のうちの多くの例が詳細に説明される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例示的実施形態は、ジャンクションを介して接続された一次元閉込めセグメントの周期または準周期アレイから形成される多次元原子対象閉込め装置、および／または多次元原子対象閉込め装置を備えるシステムを提供する。様々な実施形態では、周期または準周期アレイは、本明細書においてはレッグと呼ばれる彎曲している一次元閉込めセグメントを備える。例えば彎曲したレッグは、正弦関数または余弦関数、奇関数または偶関数、および／または任意の他の彎曲した一次元セグメントの形態を取ることができる。様々な実施形態では、原子対象閉込め装置は、イオントラップ、または複数の原子対象を閉じ込めるように構成された他の閉込め装置である。様々な実施形態では、原子対象は、イオン、原子、多イオンまたは多原子属またはクリスタル、中性またはイオン分子、および／または等々である。

【課題を解決するための手段】

【0005】

第１の態様によれば、原子対象閉込め装置は複数のレッグを備え、これらの複数のレッグの個々のレッグは一次元トラップセグメントを画定し、また、原子対象閉込め装置は複数のジャンクションを備え、これらの複数のジャンクションの個々のジャンクションは複数のレッグのうちの少なくとも２つのレッグを接続する。複数のレッグおよび複数のジャンクションは、接続された一次元トラップセグメントの周期または準周期アレイで配置される。周期アレイまたは準周期アレイは、１つまたは複数の最も小さいアレイ要素を備える。これらの１つまたは複数の最も小さいアレイ要素の個々の最も小さいアレイ要素は少なくとも１つの彎曲したレッグを備える。

【0006】

例示的実施形態では、少なくとも１つの彎曲したレッグは、第１のジャンクションに配置された第１の端部、および第２のジャンクションに配置された第２の端部を有し、少なくとも１つの彎曲したレッグの長さは、第１のジャンクションと第２のジャンクションの間の直線距離より長い。

【0007】

例示的実施形態では、複数のレッグの個々のレッグは彎曲したレッグである。

【0008】

例示的実施形態では、アレイは、複数のレッグのうちの第１の点におけるレッグに対して接線接触状態で引かれた直線が、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における追加レッグに対して接線接触状態であり、また、（ａ）離散点で交わるか、あるいは（ｂ）複数のレッグのうちの残りのレッグと交わらないかのいずれかであるように構成される。

【0009】

例示的実施形態では、アレイは、複数のレッグのうちのあるレッグに対して直角であり、また、アレイの周期性またはアレイの周期性の分周における追加レッグに対して直角である直線が引かれるように構成される。

【0010】

例示的実施形態では、アレイは、アレイの周期性またはアレイの周期性の分周におけるレッグのグループに対して接線接触状態で直線が引かれ、レッグのグループは行または列を形成し、また、上記直線は、レッグに沿った他のどの点においても、レッグのグループのうちのどのレッグとも交わらないように構成される。

【0011】

例示的実施形態では、アレイは、複数のレッグのうちのあるレッグに対して接線接触状態で引かれた直線が、そのレッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではないように構成される。

【0012】

例示的実施形態では、アレイは、複数のレッグのうちの何らかの点におけるレッグに対して直角に引かれた直線が、（ａ）複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではなく、また、（ｂ）上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの別のレッグの点に対しても直角ではないように構成される。

【0013】

例示的実施形態では、１つまたは複数の最も小さいアレイ要素の個々の最も小さいアレイ要素は少なくとも１つのまっすぐなレッグを備える。

【0014】

例示的実施形態では、アレイは、（ｉ）複数のレッグのうちの第１の点におけるレッグに対して接線接触状態で引かれた第１の直線が、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における第１のセットの追加レッグに対して接線接触状態であり、また、（ａ）離散点で交わるか、あるいは（ｂ）複数のレッグのうちの残りのレッグと交わらないかのいずれかであり、（ｉｉ）上記レッグに対して直角であり、また、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における第２のセットの追加レッグに対して直角の第２の直線が引かれ、（ｉｉｉ）アレイの周期性またはアレイの周期性の分周におけるレッグのグループに対して接線接触状態で第３の直線が引かれ、レッグのグループは行または列を形成し、また、第３の直線は、上記レッグに沿った他のどの点においても、レッグのグループのうちのどのレッグとも交わらない、（ｉｖ）上記レッグに対して接線接触状態で引かれた第４の直線が上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではない、または（ｖ）何らかの点におけるレッグに対して直角に引かれた第５の直線が、（ａ）複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではなく、また、（ｂ）上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの別のレッグの点に対しても直角ではない、のうちの少なくとも１つを満足するように構成される。

【0015】

例示的実施形態では、アレイは、（ｉ）複数のレッグのうちの第１の点におけるレッグに対して接線接触状態で引かれた第１の直線が、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における第１のセットの追加レッグに対して接線接触状態であり、また、（ａ）離散点で交わるか、あるいは（ｂ）複数のレッグのうちの残りのレッグと交わらないかのいずれかであり、（ｉｉ）上記レッグに対して直角であり、また、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における第２のセットの追加レッグに対して直角の第２の直線が引かれ、（ｉｉｉ）アレイの周期性またはアレイの周期性の分周におけるレッグのグループに対して接線接触状態で第３の直線が引かれ、レッグのグループは行または列を形成し、また、第３の直線は、上記レッグに沿った他のどの点においても、レッグのグループのうちのどのレッグとも交わらない、（ｉｖ）上記レッグに対して接線接触状態で引かれた第４の直線が上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではない、または（ｖ）何らかの点におけるレッグに対して直角に引かれた第５の直線が、（ａ）複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではなく、また、（ｂ）上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの別のレッグの点に対しても直角ではない、のうちの少なくとも２つを満足するように構成される。

【0016】

別の態様によれば、量子コンピュータが提供される。例示的実施形態では、量子コンピュータはコントローラおよび原子対象閉込め装置を備える。コントローラは、１つまたは複数の電圧信号を原子対象閉込め装置のそれぞれの電極に印加するように構成される。原子対象閉込め装置は複数のレッグを備え、これらの複数のレッグの個々のレッグは一次元トラップセグメントを画定し、また、原子対象閉込め装置は複数のジャンクションを備え、これらの複数のジャンクションの個々のジャンクションは複数のレッグのうちの少なくとも２つのレッグを接続する。複数のレッグおよび複数のジャンクションは、接続された一次元トラップセグメントの周期または準周期アレイで配置される。周期アレイまたは準周期アレイは、１つまたは複数の最も小さいアレイ要素を備える。これらの１つまたは複数の最も小さいアレイ要素の個々の最も小さいアレイ要素は少なくとも１つの彎曲したレッグを備える。

【0017】

例示的実施形態では、コントローラは、原子対象閉込め装置によって閉じ込められた原子対象に対して（概ねおよび／またはほぼ）並列の操作を実施するように構成される。

【0018】

例示的実施形態では、（概ねおよび／またはほぼ）並列の操作は、１つまたは複数の最も小さいアレイ要素のうちの第１の最も小さいアレイ要素の中で実施される第１の操作、および１つまたは複数の最も小さいアレイ要素のうちの第２の最も小さいアレイ要素の中で実施される第２の操作を含み、第１の操作および第２の操作は、同じビーム経路に沿って伝搬する１つまたは複数のマニピュレーション信号によって実施される。

【0019】

例示的実施形態では、量子コンピュータは、コントローラによって制御されて、１つまたは複数のマニピュレーション信号を生成するように構成される１つまたは複数のマニピュレーション源をさらに備える。

【0020】

例示的実施形態では、少なくとも１つの彎曲したレッグは、第１のジャンクションに配置された第１の端部、および第２のジャンクションに配置された第２の端部を有し、少なくとも１つの彎曲したレッグの長さは、第１のジャンクションと第２のジャンクションの間の直線距離より長い。

【0021】

例示的実施形態では、複数のレッグの個々のレッグは彎曲したレッグである。

【0022】

例示的実施形態では、１つまたは複数の最も小さいアレイ要素の個々の最も小さいアレイ要素は少なくとも１つのまっすぐなレッグを備える。

【0023】

例示的実施形態では、アレイは、（ｉ）複数のレッグのうちの第１の点におけるレッグに対して接線接触状態で引かれた第１の直線が、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における第１のセットの追加レッグに対して接線接触状態であり、また、（ａ）離散点で交わるか、あるいは（ｂ）複数のレッグのうちの残りのレッグと交わらないかのいずれかであり、（ｉｉ）上記レッグに対して直角であり、また、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における第２のセットの追加レッグに対して直角の第２の直線が引かれ、（ｉｉｉ）アレイの周期性またはアレイの周期性の分周におけるレッグのグループに対して接線接触状態で第３の直線が引かれ、レッグのグループは行または列を形成し、また、第３の直線は、上記レッグに沿った他のどの点においても、レッグのグループのうちのどのレッグとも交わらない、（ｉｖ）上記レッグに対して接線接触状態で引かれた第４の直線が上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではない、または（ｖ）何らかの点におけるレッグに対して直角に引かれた第５の直線が、（ａ）複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではなく、また、（ｂ）上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの別のレッグの点に対しても直角ではない、のうちの少なくとも１つを満足するように構成される。

【0024】

例示的実施形態では、アレイは、（ｉ）複数のレッグのうちの第１の点におけるレッグに対して接線接触状態で引かれた第１の直線が、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における第１のセットの追加レッグに対して接線接触状態であり、また、（ａ）離散点で交わるか、あるいは（ｂ）複数のレッグのうちの残りのレッグと交わらないかのいずれかであり、（ｉｉ）上記レッグに対して直角であり、また、複数のレッグのうちのアレイの周期性またはアレイの周期性の分周における第２のセットの追加レッグに対して直角の第２の直線が引かれ、（ｉｉｉ）アレイの周期性またはアレイの周期性の分周におけるレッグのグループに対して接線接触状態で第３の直線が引かれ、レッグのグループは行または列を形成し、また、第３の直線は、上記レッグに沿った他のどの点においても、レッグのグループのうちのどのレッグとも交わらない、（ｉｖ）上記レッグに対して接線接触状態で引かれた第４の直線が上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではない、または（ｖ）何らかの点におけるレッグに対して直角に引かれた第５の直線が、（ａ）複数のレッグのうちの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではなく、また、（ｂ）上記レッグからのアレイの所与の数の周期内における複数のレッグのうちの別のレッグの点に対しても直角ではない、のうちの少なくとも２つを満足するように構成される。

【0025】

例示的実施形態では、量子コンピュータは少なくとも１つの電圧源をさらに備え、少なくとも１つの電圧源は、コントローラによって制御されて１つまたは複数の電圧信号を生成するように構成される。

【0026】

さらに別の態様によれば、多次元原子対象閉込め装置が提供される。多次元原子対象閉込め装置は、多次元周期アレイで配置された複数のレッグを備える。複数のレッグは、周期アレイの周期性に従ってそれぞれ配置される彎曲したレッグを備える。

【0027】

以上、本発明について大まかに説明したが、以下、必ずしもスケール通りに描かれていない添付の図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】例示的実施形態による原子対象閉込め装置の例示的アレイレイアウトを示す図である。

【図2】様々な例示的実施形態による、複数の周期および準周期アレイレイアウトを示す図である。

【図3A】例示的実施形態による、原子対象閉込め装置の例示的レイアウトおよび量子プロセッサのいくつかの例示的ビーム経路を示す略図である。

【図3B】従来のまっすぐなレッグ原子対象閉込め装置を示す略図である。

【図4】例示的実施形態による原子対象閉込め装置の一部の略図である。

【図5】様々な実施形態による、多次元原子対象閉込め装置を備え、かつ、多次元原子対象閉込め装置の少なくとも１つのジャンクションを介して多原子対象クリスタルを輸送するように構成された例示的量子計算システムを示す略図である。

【図6】様々な実施形態による、１つまたは複数の決定論的再整形および／または並び替え機能を実施するように構成された量子コンピュータの例示的コントローラの略図である。

【図7】例示的実施形態に従って使用することができる量子コンピュータシステムの例示的計算実体の略図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明について、すべてではないが本発明のいくつかの実施形態が示されている添付の図面を参照してより完全に説明する。実際、本発明は多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書において示されている実施形態に本発明を限定するものとして解釈してはならず、そうではなく、これらの実施形態は、本開示が適用可能な正当な要求事項を満足することになるように提供されている。「または（あるいは）」（同じく「／」で表される）という用語は、本明細書においては、特記なき場合、代替および接続の両方の意味で使用されている。「例証的」および「例示的」という用語は、品質レベルの指示がない実例になるように使用されている。「一般に」および「ほぼ」という用語は、特記なき場合、工学および／または製造限界内であること、および／またはユーザ測定能力内であることを意味している。同様の数字は全体を通して同様の要素を表している。

【0030】

様々な実施形態では、多次元原子対象閉込め装置が提供される。多次元原子対象閉込め装置は複数のレッグを備えている。これらの複数のレッグの個々のレッグは、原子対象を実質的に一次元トラッピング領域にトラップするように構成された一次元閉込めセグメントである。多次元原子対象閉込め装置は、ジャンクションを介して接続された複数のレッグによって形成された周期または準周期アレイを備えている。複数のレッグは彎曲したレッグを備えている。例えば彎曲したレッグは、正弦関数または余弦関数、奇関数または偶関数、および／または任意の他の彎曲した一次元セグメントの形態を取ることができる。例示的実施形態では、複数のレッグは、彎曲したレッグではなく、１つまたは複数の彎曲していない、すなわちまっすぐなレッグをさらに備えている。例示的実施形態では、複数のレッグの個々のレッグは彎曲したレッグである。例えば様々な実施形態では、周期または準周期アレイは、１つまたは複数の最も小さいアレイ要素から形成され、個々の最も小さいアレイ要素は少なくとも１つの彎曲したレッグを備えている。

【0031】

様々な実施形態は、多次元原子対象閉込め装置を備えたシステムを提供する。例えば様々な実施形態は、ジャンクションによって接続されたレッグの周期または準周期アレイを備えた多次元原子対象閉込め装置を備えた量子プロセッサまたは量子コンピュータを提供し、これらのレッグのうちの少なくともいくつかは彎曲している。このような実施形態では、量子プロセッサまたは量子コンピュータのキュービット（例えば量子ビット）は、多次元原子対象閉込め装置内に閉じ込められた原子対象である。原子対象は、様々な実施形態ではイオン、原子、イオン属またはクリスタル、および／または等々である。様々な実施形態では、トラッピングおよび／または輸送（ＴＴ）電極マニピュレーション信号の共有セットをレッグ全体にわたって同様のタイプのＴＴ電極間で共有することができるようにするためには、同じ幾何構造を有するレッグの周期アレイが有用であり、それにより信号の総数を少なくし、また、制御の複雑性を緩和することができる。さらに、様々な実施形態では、システムによる並列処理の実施を可能にするために、多原子対象閉込め装置のレッグは彎曲している。例えばシステムは、量子回路の実行時間を短くし、それにより量子プロセッサのキュービット（例えば量子ビット）の可干渉時間内により深い量子回路を実現することができるよう、並列操作を実施するように構成された量子プロセッサであってもよい。

【0032】

大規模量子コンピュータは、化学、材料科学および生物学の分野などにおける今日の技術では、今のところ手に負えない問題を解決することが期待されている。このような問題を解決することは、深い量子回路を使用して実現される量子アルゴリズムを使用した計算を必然的に伴うことになる。これらの深い量子回路を実施することは、量子プロセッサが十分な数のキュービットを利用することができること、また、深い量子回路の操作（例えばキュービットの輸送、キュービットのクーリング、キュービットのゲーティング、等々を含む）をキュービットの可干渉時間内に実施することができることを要求することになる。キュービットの可干渉時間によって画定される時間期間内に量子プロセッサがより大量の操作（例えば深い量子回路）を実施することができるよう、様々な実施形態は、操作の（概ねおよび／またはほぼ）並列化を可能にするように構成された多次元原子対象閉込め装置を提供する。例えば様々な実施形態の多次元原子対象閉込め装置は、複数の操作を概ねおよび／またはほぼ並列に実施することができるように構成されている。様々な実施形態では、マニピュレーション信号が原子対象閉込め装置全体にわたって伝搬すると、概ねおよび／またはほぼ並列の操作が原子対象閉込め装置内の異なる点で逐次実施される。本明細書において使用されているように、操作という用語は、１つまたは複数の原子対象の量子状態がキュービットとして制御された展開（例えばクーリング、ゲーティング、シェルビング、リーディング、等々）を引き起こすよう、複数の原子対象に対するマニピュレーション信号（例えばレーザビーム、マイクロ波信号、磁界、および／または等々）の印加を意味している。様々な実施形態では、原子対象は、多次元原子対象閉込め装置内で同じく並列に輸送することができる。

【0033】

さらに、多次元原子対象閉込め装置の彎曲したレッグによれば、逐次であれ、あるいは並列であれ、複数の操作領域にアドレスするための共有マニピュレーション信号（例えばレーザビーム）を使用することができる。したがって操作を実施するために必要なマニピュレーション源の数が少なくなり、また、マニピュレーション信号引渡しシステムの複雑性が同じく緩和される。また、総レーザパワー使用量を同じく少なくすることができる（例えば必要なビーム経路がより少なくなり、ビームステアリングハードウェアが除去され、および／または等々）。さらに、多次元原子対象閉込め装置の彎曲したレッグによれば、原子対象をジャンクションを介して輸送する必要なく、原子対象を対応するビーム経路の中へ移動させることができ、あるいはビーム経路の外へ移動させることができ、したがってこのような原子対象輸送を実施するために必要な時間、および輸送された原子対象に対する後続するクーリングに必要な時間が短くなる。

【0034】

したがって様々な実施形態は、深い量子回路を実施する量子プロセッサのキュービットの可干渉時間内に非常に多くの操作を実施しなければならない深い量子回路を実施する方法に関連する技術的な問題に対する技術的解決法を提供する。例えば様々な実施形態は、様々な操作および／または原子対象輸送の並列実施を可能にし、いくつかの輸送事象の結果として必要な原子対象のクーリングを低減し、また、マニピュレーション源の数を低減し、かつ、マニピュレーション信号引渡しシステムの複雑性を緩和するように構成される原子対象閉込め装置を提供することにより、原子対象閉込め装置および量子コンピュータ、および／または原子対象閉込め装置を備えたプロセッサの分野に対する改善を提供する。

【0035】

上で言及したように、様々な実施形態は、ジャンクションを介して接続された複数のレッグによって形成された周期または準周期アレイを個々に備える多次元原子対象閉込め装置を提供し、複数のレッグは彎曲したレッグを備えている。例えば個々の最も小さいアレイ要素の少なくとも１つのレッグは、様々な実施形態では彎曲したレッグである。本明細書において使用されているように、原子対象閉込め装置の最も小さいアレイ要素は、原子対象閉込め装置のレイアウトをタイル張りするために、および／または原子対象閉込め装置のレイアウトのテセレーションを形成するために使用することができるレッグおよびジャンクションの最も小さいグループである。例示的実施形態では、原子対象閉込め装置の複数のレッグの個々のレッグは彎曲したレッグである。例示的実施形態では、原子対象閉込め装置の最も小さいアレイ要素は、まっすぐなレッグおよび／または非彎曲レッグを備えている。

【0036】

通常、原子対象閉込め装置の個々のレッグは、１つまたは複数の無線周波数レールおよび／または電極（本明細書においてはＲＦレールと呼ばれる）、および少なくとも１つのシーケンスまたはシリーズのトラッピングおよび／または輸送（ＴＴ）電極によって画定される。無線周波数電圧信号がＲＦレールに印加されると、原子対象を一次元トラッピング領域内にトラップし、および／または閉じ込めるように構成されるトラッピング電位が生成される。詳細には、無線周波数電圧信号をＲＦレールに印加すると疑似電位が生成される。一次元トラッピング領域は無線周波数ヌルを備えている。この無線周波数ヌルは、最も弱い疑似電位勾配の方向によって画定される一次元経路である。無線周波数ヌルに沿ったいくつかの点では、疑似電位は実質的にゼロに等しい。したがって無線周波数ヌルは安定した一次元トラッピング領域をもたらす。原子対象閉込め装置のレッグは、実質的に無線周波数ヌルによって画定される。彎曲したレッグでは、無線周波数ヌルは、原子対象閉込め装置のレッグ内にトラップされ、および／または閉じ込められた原子対象を対応するレッグの無線周波数ヌルに沿って輸送することができるよう、レッグと同じ方法で彎曲している。ＴＴ電極は、一連の電圧信号がＴＴ電極に印加されるように構成されており、この一連の電圧信号の時間展開は（少なくとも部分的には低域通過フィルタの使用による）、ＲＦレールに印加される無線周波数電圧信号の時間展開と比較すると遅い。例示的実施形態では、遅いという用語は、振幅が実質的に非ゼロの最も高い周波数フーリエ成分がＲＦレールに印加される信号の周波数より遅いことを意味している。

【0037】

図１は、本明細書において使用されている彎曲したレッグおよび／または彎曲したレッグを備えたアレイが何を意味しているかを示したものである。図１は、例示的実施形態による、アレイ２０５への原子対象閉込め装置のレッグ２０８の例示的配置を示したものである。図１に示されている例示的アレイ２０５は彎曲したレッグ２０８の周期アレイである。個々のレッグ２０８は、第１のジャンクション２０２Ａの少なくとも一部に隣接する、第１のジャンクション２０２Ａの少なくとも一部と隣り合う、および／または第１のジャンクション２０２Ａの少なくとも一部を形成している第１の端部２０９Ａから、第２のジャンクション２０２Ｂの少なくとも一部に隣接する、第２のジャンクション２０２Ｂの少なくとも一部と隣り合う、および／または第２のジャンクション２０２Ｂの少なくとも一部を形成している第２の端部２０９Ｂまで延在している。第１のジャンクション２０２Ａと第２のジャンクション２０２Ｂの間の最短距離（例えば直線距離および／またはユークリッド距離）はアレイ距離ｌである。彎曲したレッグ２０８の長さはアレイ距離ｌより長い。例示的実施形態では、彎曲したレッグ２０８の長さは少なくとも１．０５ｌ、１．１０ｌ、１．１５ｌ、および／または等々である。

【0038】

図１は、線１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄおよび１５０Ｅによって示されている彎曲したレッグ基準を有する５アレイをさらに示している。彎曲したレッグ基準を有するアレイを説明するために本明細書において使用されているように、「接線接触状態（ｔａｎｇｅｎｔ）」および「直角（ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）」という用語は、原子対象閉込め装置の平面（例えば図１に示されている二次元投影の平面）における角度を意味している。

【0039】

様々な実施形態では、個々の最も小さいアレイ要素の中に少なくとも１つの彎曲したレッグを含むレッグの周期または準周期アレイは、彎曲したレッグ基準を有する５アレイのうちの少なくとも１つを満足する。例示的実施形態では、個々の最も小さいアレイ要素の中に少なくとも１つの彎曲したレッグを含むレッグの周期または準周期アレイは、彎曲したレッグ基準を有するすべての５アレイを満足する。

【0040】

彎曲したレッグ基準を有する第１のアレイは線１５０Ａによって示されている。線１５０Ａは、何らかの点における少なくとも１つのレッグ２０８に対して接線接触状態であり、また、原子対象閉込め装置の周期性（または何らかの分周周期性）におけるアレイの追加レッグに対して同じく接線接触状態であり、かつ、離散点でのみアレイの他のレッグと交わる（または全く交わらない）直線である。線１５０Ａに沿った円は、線１５０Ａがそれぞれのレッグ２０８に対して接線接触状態である領域を示している。

【0041】

彎曲したレッグ基準を有する第２のアレイは線１５０Ｂによって示されている。線１５０Ｂは、少なくとも１つのレッグに対して直角であり、また、アレイの何らかの分周周期性における追加レッグに対して同じく直角である直線である。

【0042】

彎曲したレッグ基準を有する第３のアレイは線１５０Ｃによって示されている。線１５０Ｃは、アレイの周期性におけるレッグのうちのいくつかに対して接線接触状態であり、および／またはアレイの列または行に沿ったアレイの何らかの分周周期性におけるレッグのうちのいくつかに対して接線接触状態であるが、これらのレッグに沿った何らかのアウトポイントにおけるこれらの同じレッグとは交わらない直線である。

【0043】

彎曲したレッグ基準を有する第４のアレイは線１５０Ｄによって示されている。線１５０Ｄは、何らかの点におけるレッグに対して接線接触状態であり、また、アレイの所与の数の周期にわたって何らかのレッグの他のどの部分に対しても接線接触状態ではない直線である。例えば彎曲したレッグが周期長さに対応する周期関数によって画定される場合、線１５０Ｄは、直線が上記点において接線接触状態であるレッグ１５０Ｄからの周期長さの所与の数の倍数の距離内の何らかのレッグの他のどの部分に対しても接線接触状態ではない。

【0044】

彎曲したレッグ基準を有する第５のアレイは線１５０Ｅによって示されている。線１５０Ｅは、何らかの点におけるレッグに対して直角であり、また、（ａ）アレイの他のどのレッグに対しても接線接触状態ではなく、また、（ｂ）アレイの所与の数の周期内にわたって、アレイの他の周期におけるレッグの同じ点に対して直角ではない直線である。例えば彎曲したレッグが周期長さに対応する周期関数によって画定される場合、線１５０Ｅは、直線１５０Ｅが上記点において直角であるレッグからの周期長さの所与の数の倍数の距離内のアレイの他の周期におけるレッグの同じ点に対して直角ではない。

【0045】

上で言及したように、原子対象閉込め装置は、ジャンクションを介して、周期または準周期アレイで接続された複数のレッグを備えている。本明細書において使用されているように、周期アレイは、全体としてのアレイよりも小さい最も小さいアレイ要素をそのために画定することができるアレイである。例えば最も小さいアレイ要素を使用して、タイル張りおよび／またはテセレーションによってアレイを生成することができる（例えば最も小さいアレイ要素の１回または複数回の回転および／または平行移動によって）。言い換えると、周期アレイは、アレイのトポロジおよび／またはジオメトリが定義された周期でそのために反復するアレイである。準周期アレイは、アレイの周期性が全体的なひずみによってかき乱されるアレイである。言い換えると、準周期アレイは概ね周期的であるが、その周期性が１つまたは複数の次元においてかき乱される。

【0046】

したがって様々な実施形態は、ジャンクションを介して接続され、かつ、周期または準周期アレイで配置される１つまたは複数の彎曲したレッグを含む複数のレッグを備える原子対象閉込め装置（および／またはこのような装置を備えるシステム）を提供する。彎曲したレッグおよび／または周期または準周期アレイは、そのアレイが彎曲したレッグ基準を有する１つまたは複数のアレイを満足するように構成される。例えば彎曲したレッグおよび／または周期または準周期アレイは、原子対象閉込め装置を使用して、原子対象閉込め装置によって閉じ込められた原子対象に対して周期操作を実施し、および／またはこれらの原子対象を輸送することができるように構成することができる。

【0047】

図２は、様々な例示的実施形態による、原子対象閉込め装置のレッグを配置することができる複数の可能周期または準周期アレイ２０５（例えば２０５Ａ～Ｌ）を示したものである。最も小さいアレイ要素の中に少なくとも１つの彎曲したレッグを含み、および／または彎曲したレッグ基準を有するアレイのうちの少なくとも１つを満足する様々な他のアレイ２０５を様々な他の実施形態に使用することができる。水平方向および垂直方向、および／または行および列などの用語の使用は、これらのアレイが対応する図の中で示されている様子を意味していることを理解されたい。アレイは、トラップ法線（例えばトラップの表面に対する法線であり、この法線は図３Ａに示されているようにｚ方向である）の周りに任意の角度だけ回転させることができることを理解されたい。

【0048】

第１のアレイ２０５Ａは正方形のアレイであり、個々のレッグは周期奇関数または偶関数の１周期である。例えばジャンクションは周期奇関数または偶関数の分周および／または周期に配置されている。例えば第１のアレイ２０５Ａは、それぞれが正弦関数の１周期であるレッグの行、およびそれぞれが正弦関数の１周期であるレッグの列（例えばこれらのレッグの行に対して９０度回転している）を備えている。第１のアレイ２０５Ａの最も小さいアレイ要素は、２つのレッグ２０８の接続されたグループによって形成されており、これらの２つのレッグ２０８はジャンクション２０２によって接続されている。

【0049】

例えば例示的実施形態では、原子対象閉込め装置２００は複数のレッグ２０８を備えている。これらの複数のレッグの個々のレッグは、正弦関数（ｘ＝［０，２π）に対するｓｉｎ（ｘ））の１周期によって実質的に記述される彎曲したレッグである。これらの複数のレッグは、４方向ジャンクションを備えた第１のアレイ２０５Ａで配置されており、ジャンクション２０２で終わっているレッグ２０８は、そのジャンクションの少なくとも１つの他のレッグに対して実質的に直角である。言い換えると、第１のアレイ２０５Ａは、実質的に直角の行および列で配置されているレッグを接続するジャンクション２０２を備えている。原子対象閉込め装置のこの例示的実施形態は、図１に示されている、彎曲したレッグ基準を有するアレイのうちのすべての５つを満足している。

【0050】

第２のアレイ２０５Ｂは交互ひずみアレイであり、個々のレッグは、周期奇関数または偶関数の１／２周期であり、交互行および／または列が反転されている。例えば個々の行および個々の列は周期関数（例えば周期奇関数または偶関数）であり、ジャンクションは周期関数の個々の１／２周期に配置されている。例えば行２９０Ａは、正弦関数の個々の１／２周期であるレッグを備えており、ジャンクションは周期奇関数または偶関数（ここでは、示されているように正弦関数である）の１／２周期に配置されている。行２９０Ａに隣接し、および／または隣り合う行２９０Ｂは、行２９０Ａに対して反転されている（例えば水平方向の軸／線に対して裏返しにされている）。行２９０Ｃであって、行２９０Ｂが行２９０Ａと２９０Ｃの間に配置された唯一の行であるように行２９０Ｂに隣接し、および／または隣り合う行２９０Ｃは、行２９０Ｂに対して反転されており（例えば水平方向の軸／線の周りに裏返しにされている）、実質的に行２９０Ａと同じである。同様に、列２９２Ａは、正弦関数の個々の１／２周期であるレッグを備えており、ジャンクションは周期奇関数または偶関数（ここでは、示されているように正弦関数である）の１／２周期に配置されている。列２９２Ａに隣接し、および／または隣り合う列２９２Ｂは、列２９２Ａに対して反転されている（例えば垂直方向の軸／線に対して裏返しにされている）。列２９２Ｃであって、列２９２Ｂが列２９２Ａと２９２Ｃの間に配置された唯一の列であるように列２９２Ｂに隣接し、および／または隣り合う列２９２Ｃは、列２９２Ｂに対して反転されており（例えば垂直方向の軸／線の周りに裏返しにされている）、実質的に列２９２Ａと同じである。第２のアレイ２０５Ｂの最も小さいアレイ要素は、行２９０Ａ、２９０Ｂ、２９０Ｃが列２９２Ａ、２９２Ｂ、２９２Ｃと交差することによって形成された９個のジャンクションを介して接続されている１２個のレッグの接続されたグループによって形成されている。

【0051】

第３のアレイ２０５Ｃおよび第４のアレイ２０５Ｄは、彎曲したレッグとまっすぐなレッグの両方を含むアレイの例である。示されているように、第３のアレイ２０５Ｃおよび第４のアレイ２０５Ｄの水平方向のレッグは、トラップ法線（例えばトラップの表面に対する法線であり、この法線は図３Ａに示されているようにｚ方向である）の周りに任意の角度で回転した周期関数である。第３のアレイ２０５Ｃおよび第４のアレイ２０５Ｄの垂直方向のレッグはまっすぐなレッグであり、ジャンクションは関数の周期性で配置されている。ジャンクションは、垂直方向のレッグに沿って任意の所望の間隔で配置することができる。言い換えると、垂直方向のレッグは、意図された用途に適した任意の所望の長さを有することができる。第３のアレイ２０５Ｃは、回転していない関数ｃｏｓ（ｘ）＋ｃｏｓ（２ｘ）によって記述される水平方向のレッグを備えており、また、水平方向のレッグを記述している関数の周期性と一致する長さを有する垂直方向のレッグを備えている。さらに、アレイ２０５Ｄは、トラップ法線の周りに１６度回転した関数ｃｏｓ（ｘ）によって記述される水平方向のレッグを備えており、また、水平方向のレッグを記述している関数の周期性と一致する長さを有する垂直方向のレッグを備えている。第３のアレイ２０５Ｃまたは第４のアレイ２０５Ｄの最も小さいアレイ要素は、ジャンクションによって接続された、２つの接続されたレッグによって形成されている。

【0052】

第５のアレイ２０５Ｅおよび第６のアレイ２０５Ｆは奇関数アレイの例である。レッグは、対応するジャンクションにおけるトラップ法線の周りに任意の角度だけ回転した任意の奇周期関数または偶周期関数によって記述される。レッグは、レッグを記述している奇関数または偶関数の周期性に対応する長さを有している。アレイは、水平方向の軸または線と交わる交差軸線を反射することによって形成されている。例えば第５のアレイ２０５Ｅのレッグは、トラップ法線の周りに４５度回転したｓｉｎ（ｘ）によって記述される。第５のアレイ２０５Ｅまたは第６のアレイ２０５Ｆの最も小さいアレイ要素は、２つのジャンクションによって接続された、４つの接続されたレッグによって形成されている。

【0053】

第７のアレイ２０５Ｇは異方性交互ひずみアレイである。水平方向のレッグは、トラップ法線の周りに任意の角度だけ回転した任意の周期関数である。水平方向のレッグは、それぞれ、水平方向のレッグを記述する周期関数の周期性に対応する長さを有している。垂直方向のレッグは、意図された用途に適した任意の所望の長さを有する直線である。例えばジャンクションは、垂直方向のレッグに沿って任意の所望の間隔で配置することができる。隣接する、隣り合う、および／または交互する水平方向のレッグの行は反転されている（例えば水平方向の軸または線の周りに裏返しにされている）。示されている第７のアレイは、トラップ法線の周りに回転していないｃｏｓ（ｘ）によって記述される水平方向のレッグを備えており、また、水平方向のレッグを記述している関数の周期と一致する長さを有する垂直方向のレッグを備えている。

【0054】

第８のアレイ２０５Ｈは星形の交差アレイであり、個々のレッグは周期奇関数または偶関数の１／２周期である。例えば個々の行および個々の列は周期関数（例えば周期奇関数または偶関数）であり、ジャンクションは周期関数の個々の１／２周期に配置されている。第２のアレイ２０５Ｂと同様、隣接する行／列は互いに対して反転されている（例えば水平方向／垂直方向の軸または線の周りに裏返しにされている）。同じく第２のアレイ２０５Ｂと同様、第８のアレイ２０５Ｈの最も小さいアレイ要素は、３つの隣接する行が３つの隣接する列と交差することによって形成された４つのジャンクションを介して接続されている８つのレッグの接続されたグループによって形成されている。

【0055】

第９のアレイ２０５Ｉ、第１０のアレイ２０５Ｊおよび第１１のアレイ２０５Ｋは周期アレイを示しており、ジャンクションは３つのレッグを合体させることによって形成されている。第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７および第８のアレイ２０５Ａ～Ｈは、それぞれ周期アレイを示しており、ジャンクションは４つのレッグを合体させることによって形成されている。

【0056】

例えば第９のアレイ２０５Ｉの場合、最も小さいアレイ要素は、１８０度回転対称を有する不規則六角形から構成されている。六角形の１つまたは複数の辺は、結果として得られるアレイが彎曲したレッグを備えるよう、彎曲関数に置き換えられている。

【0057】

別の例では、第１０のアレイ２０５Ｊの場合、最も小さいアレイ要素は正六角形から構成されており、個々のレッグは同じ奇関数または偶関数に置き換えられている（関数は、レッグの中心の周りに奇関数または偶関数である）。例えば正六角形は、六角形の中心点の周りに６０度回転対称を有している。示されている実施形態では、正六角形の辺は、正弦関数によって記述される彎曲したレッグに置き換えられており、周期は六角形の辺の長さと一致している。

【0058】

第１１のアレイ２０５Ｋの場合、最も小さいアレイ要素は、ｘ軸とｙ軸の両方にわたって折畳み対称を有する六角形から構成されており、垂直方向のレッグはまっすぐであり、また、他のレッグは、奇関数または偶関数によって記述される彎曲したレッグである。これは第５のアレイ２０５Ｅに類似しているが、個々の４方向ジャンクションが短いまっすぐなレッグによって接続された一対の３方向ジャンクションに置き換えられている。３方向、４方向および／または５方向以上のジャンクションを有する様々な他の八角形、六角形、正方形および／または他の格子を彎曲したレッグと適合させて、彎曲したレッグを有する周期アレイを提供することができることを理解されたい。

【0059】

第１２のアレイ２０５Ｌは、４方向ジャンクションを有する準周期アレイである。第１２のアレイ２０５Ｌでは、準周期アレイを提供するために、アレイの周期性が全体的なひずみによって二次元でかき乱されている。

【0060】

図３Ａは、原子対象閉込め装置２００の例示的アレイ２０５を示したものである。図に示されている、ｙ方向に引かれたビーム経路２２０は、示されている実施形態では、ビーム（例えばレーザビームおよび／または他のマニピュレーション信号）が原子対象閉込め装置２００のより狭い寸法を横切って伝搬することができる様子を示している。様々な実施形態では、ビーム経路は、マニピュレーション信号が依然として良好に平行化されている間に（例えばマニピュレーション信号のビーム断面の半値全幅がせいぜい特定の幅である）、ビーム経路に沿って伝搬するマニピュレーション信号が原子対象閉込め装置を横切るよう、原子対象閉込め装置のより狭い寸法を実質的に横切って（またはいくつかの実例では対角線に沿って）画定されている。ぬりつぶされたドットは、アレイ２０５内における位置であって、原子対象がその位置に配置されると、ビーム経路２２０に沿って伝搬するビームが原子対象のその位置（位置２１０）における対応するレッグの無線周波数ヌルに対して実質的に平行に原子対象に入射することになり、あるいは原子対象のその位置（位置２１２）における対応するレッグの無線周波数ヌルに対して実質的に直角に原子対象に入射することになる位置を示している。したがってアレイ２０５およびビーム経路２２０は、単一のマニピュレーションビームが複数の原子対象に同時に入射することができるように構成されている。さらに、その単一のマニピュレーションビームは、それぞれの原子対象の位置におけるそれぞれのレッグの無線周波数ヌルに対して実施的に平行に、また、無線周波数ヌルに対して実施的に直角に、同時に原子対象に入射することができる。原子対象閉込め装置２００のこの特徴により、例えば原子対象閉込め装置２００を備えた量子プロセッサによる多くの並列操作を実施することができる。この特徴によれば、さらに、単一のマニピュレーション源を使用して複数の操作領域および／または原子対象にアドレスすることができ、それによりマニピュレーション源電力および／またはマニピュレーション源の数を低減することができ、および／またはマニピュレーション源および／またはマニピュレーション信号引渡しシステムの複雑性を緩和することができる。さらに、個々のレッグは、ジャンクションを介して輸送する必要なく、原子対象をビーム経路２２０の経路から運び出すことができる、ぬりつぶされていないドット２１４などの位置を備えている。これにより、ジャンクション輸送および後続するクーリングの時宜にかなった実施を必要とすることなく、原子対象を並列操作から除去することができる。

【0061】

図３Ａは、原子対象閉込め装置２００が概ねおよび／またはほぼ並列の操作を実施することができる様子をさらに示している。例えばビーム経路２２０Ａに沿って、位置２５０Ａ、２５０Ｂに原子対象を配置することができる。位置２５０Ｂに配置された原子対象は、マニピュレーション信号が印加されて、位置２５０Ａに配置された原子対象に対する並列操作を実施する際に、位置２５０Ｂの近傍に配置された原子対象の運動状態および／または内部状態がかき乱されないよう、ビーム経路２２０Ａの外へ移動させることができる（ジャンクション２０２を横切る必要なく）。次に、原子対象を元の位置へ戻すことができ、マニピュレーション信号が印加されて、位置２５０Ｂに配置された原子対象に対する並列操作を実施する際に、位置２５０Ａの近傍に配置された原子対象の運動状態および／または内部状態がかき乱されないよう、位置２５０Ａに配置された原子対象をビーム経路２２０Ａの外へ移動させることができる（ジャンクション２０２を横切る必要なく）。

【0062】

したがって様々な実施形態によれば、資源を最少化することができ（例えばゲートするために必要なビームの数を最少化することができ）、その一方で操作の完全な並列化を許容しない局所トラップおよびビーム特性の変化（例えばレーザビームの発散およびクリッピング、トラップ電位の変化、等々）を補償することができる。例えば原子対象に入射する総マニピュレーション信号電束（Ｊ／ｍｍ^２）に比例する原子対象の内部状態を変化させるゲートを取り上げる。マニピュレーション信号がすべての４つの原子対象（位置２５０Ａ、２５０Ｂに配置されている原子対象）に入射すると、マニピュレーション信号（例えばレーザビーム）の発散は、個々の原子対象が異なる光強度（Ｗ／ｍｍ^２）に遭遇し、したがってゲート操作がわずかに異なったものになることを意味する。この効果は、個々の原子対象に対するゲートを逐次実施し、個々のレーザパルスの長さを調整して、個々のマニピュレーション信号に対して等しい総電束を達成することによって補償することができる。マニピュレーション信号のビームウエストが生じ、および／またはマニピュレーション信号のビームウエストが厳密に位置２５０Ａ同士の間の中間点、および／または位置２５０Ｂ同士の間の中間点に配置される場合、部分的に並列の実例が可能である（位置２５０Ａ、２５０Ｂを使用して上で説明したように）。この場合、位置２５０Ａに配置された原子対象は同じ光強度に遭遇する。また、位置２５０Ｂに配置された原子対象は、位置２５０Ａに配置された原子対象とは同じではないが、同じく同じ光強度に遭遇する。

【0063】

図３Ｂは、すべてまっすぐであり（例えば彎曲していない、および／またはアレイ距離ｌに等しい長さを有する）、かつ、ジャンクション２で結合された複数のレッグ８を備えた従来のまっすぐなレッグアレイ５を示したものである。ビーム線２０は、従来のまっすぐなレッグアレイ５における、ビーム経路２０が位置１０における無線周波数ヌルに対して実質的に平行であるように位置１０に入射するようにビーム経路が意図されている場合に、一連のレッグ８全体がビーム経路２０によって照明される様子を示している。ビーム経路２０によって照明される位置１０と同じ一連のレッグ８に沿っているが、原子対象がビーム経路２０によって照明されてはならない位置６に原子対象が配置される場合（例えばその位置に対して実施される、ビーム経路２０によって実施される操作を有していない）、ジャンクション２を介して原子対象を位置１４へ輸送しなければならない。ジャンクション２を介した原子対象の輸送は、同様の長さのレッグに沿って原子対象を輸送するプロセスよりも遅いプロセスであり、また、場合によっては輸送が生じた後の原子対象の有意なクーリングが必要である。したがってジャンクション２を介した原子対象の輸送を最少化することが望ましい。さらに、ビーム経路２０が位置１２における無線周波数ヌルに対して実質的に直角になるように位置１２を照明することが望ましい場合、異なるビーム経路２０を使用しなければならない。言い換えると、単一のビーム経路２０では、ビーム経路２０が無線周波数ヌルに対して実質的に平行である位置１０、およびビーム経路２０が無線周波数ヌルに対して実質的に直角である位置１２の両方を照明することはできない。したがって追加光学ラインが必要である。図３Ａに示されている彎曲したレッグを備えた周期アレイの例示的実施形態と、図３Ｂに示されているまっすぐなレッグを備えた従来の周期アレイを比較すると分かるように、原子対象閉込め装置２００の様々な実施形態は、従来の装置に優る有意な技術的利点を提供する。

【0064】

図４は、例示的原子対象閉込め装置２００の一部の略上面図を示したものである。この例示的原子対象閉込め装置２００は、周期アレイ２０５で配置され、かつ、ジャンクション２０２を介して接続されている彎曲したレッグを含む複数のレッグ２０８を備えている。例示的実施形態では、原子対象閉込め装置２００は、複数の原子対象（例えばイオン、イオンクリスタル、および／または等々）を中にトラップするように構成された多次元（例えば二次元または三次元）表面イオントラップ、表面Ｐａｕｌトラップ、および／または等々である。原子対象閉込め装置２００の個々のレッグ２０８は、２つのそれぞれの端部２０９Ａ、２０９Ｂの間のそれぞれの長さにわたって延在している。通常（例えば場合によっては原子対象閉込め装置２００の縁に沿って）、個々のレッグ２０８の個々の端部２０９は、ジャンクション２０２によって少なくとも１つの他のレッグ２０８に接続されている。通常、原子対象閉込め装置２００のレッグ２０８は、原子対象閉込め装置２００の一次元セグメントおよび／または部分である。詳細には、原子対象閉込め装置２００のレッグ２０８は、原子対象を閉じ込めることができる実質的に一次元の閉込め領域を画定している。通常、ジャンクション２０２は、２つ以上のレッグ２０８を合体させ、結合し、および／または当接させることによって形成される。２つ以上のレッグのうちの少なくとも２つのレッグ２０８は、少なくともジャンクションの近傍に互いに横方向の一次元閉込め領域を画定する。例えばレッグ２０８Ａは、少なくともジャンクション２０２Ａの近傍でレッグ２０８Ｂおよび２０８Ｄに対して横方向である。

【0065】

様々な実施形態では、原子対象閉込め装置２００は、彎曲したレッグを含み、また、周期または準周期アレイで配置されている複数のレッグ２０８を備えている。２つの隣接するジャンクション２０２の間の最短距離（例えば直線距離および／またはユークリッド距離）（例えば２つの隣接するジャンクションの間の最短経路は他のどのジャンクションも通過せず、および／または他のどのジャンクションも含まない）はアレイ距離ｌである。２つの隣接するジャンクション２０２（例えば２つの隣接するジャンクションのうちの一方に第１の端部２０９Ａを有し、また、これらの２つの隣接するジャンクションのうちのもう一方に第２の端部２０９Ｂを有する）の間に配置されたレッグ２０８は、そのレッグに沿った経路長がアレイ距離ｌより長い場合、彎曲したレッグである。例示的実施形態では、彎曲したレッグ２０８の長さは少なくとも１．０５ｌ、１．１０ｌ、１．１５ｌ、および／または等々である。

【0066】

様々な実施形態では、原子対象閉込め装置２００は、彎曲したレッグを含み、また、上で説明したようにアレイ２０５が彎曲したレッグ基準を有する少なくとも１つのアレイを満足するように周期または準周期アレイで配置されている複数のレッグ２０８を備えている。

【0067】

例示的実施形態では、原子対象閉込め装置２００は、原子対象閉込め装置チップの部品として製造され、および／または原子対象閉込め装置パッケージの部品として製造されている。例示的実施形態では、原子対象閉込め装置２００は、多数の無線周波数（ＲＦ）レール２３０によって少なくとも部分的に画定されている。様々な実施形態では、原子対象閉込め装置２００は、トラッピングおよび／または輸送（ＴＴ）電極２３５の多数のシーケンスによって少なくとも部分的に画定されている。様々な実施形態では、様々なＴＴ電極幾何構造、配置、レイアウト、および／または等々を使用することができる。示されているＴＴ電極２３５幾何構造、配置、レイアウト、および／または等々は例証目的で提供されており、様々な実施形態では、原子対象閉込め装置２００の意図された用途に基づいて決定され、および／または構成されることになる。様々な実施形態では、原子対象閉込め装置２００の上部表面は平坦化されたトポロジを有している。例えば多数のＲＦレールの個々のＲＦレール２３０の上部表面、およびＴＴ電極の多数のシーケンスの個々のＴＴ電極２３５の上部表面は実質的に共面であってもよい。例示的実施形態では、原子対象閉込め装置２００の表面は平らではなく、また、原子対象閉込め装置２００の「表面」の上方の原子対象の高さが測定される平面が画定されている。

【0068】

様々な実施形態では、原子対象閉込め装置２００のレッグ２０８の各々は、多数の（例えば１つまたは複数の）ＲＦレール２３０を備えており、および／または多数の（例えば１つまたは複数の）ＲＦレール２３０によって少なくとも部分的に画定されている。例示的実施形態では、原子対象閉込め装置２００のレッグ２０８は、実質的に平行の縦方向の軸を使用して形成されている。例えばレッグ２０８が２つ以上のＲＦレール２３０によって画定される場合、これらの２つ以上のＲＦレール２３０は、レッグ２０８の長さに沿って互いに実質的に平行に延在する。本明細書において使用されているように、実質的に平行とは、互いに実質的に平行であるＲＦレール２３０は互いに交わらない、すなわち交差しないことを示している。例えばＲＦレール２３０は、長方形の幾何構造で開始し、次に、キンク、ベンド、および／または等々を加えることによってこの幾何構造をかき乱すことによって形成することができる。

【0069】

様々な実施形態では、縦方向のギャップ２３１によって２つの隣接するＲＦレール２３０を互いに分離する（例えば絶縁する）ことができる。例えば縦方向のギャップは、原子対象閉込め装置２００の閉込め通路すなわち領域を画定することができ（一次元または二次元で）、原子対象閉込め装置内の様々な場所で、この通路すなわち領域に１つまたは複数の原子対象を閉じ込め、および／またはトラップすることができる。様々な実施形態では、このように画定された縦方向のギャップは、対応するレッグ２０８の長さに沿って、隣接するＲＦレール２３０に対して実質的に平行に延在することができる。例示的実施形態では、縦方向のギャップは、絶縁材料（例えば誘電材料）で少なくとも部分的に充填することができる。様々な実施形態では、誘電材料は、二酸化ケイ素（例えば熱酸化によって形成された）および／または他の誘電および／または絶縁材料であってもよい。様々な実施形態では、縦方向のギャップは、ほぼ４０μｍないし５００μｍの幅（例えば隣接するＲＦレール２３０間の距離）を有している。様々な実施形態では、縦方向のギャップ内に１つまたは複数のシーケンスのＴＴ電極２３６．２が配置および／または形成されている。

【0070】

様々な実施形態では、原子対象閉込め装置２００（および／またはレッグ２０８および／またはそれらのジャンクション２０２）は、それぞれ複数のＴＴ電極２３５を備えた多数のシーケンスのＴＴ電極２３６（例えば２３６．１、２３６．２、２３６．３）によって少なくとも部分的に画定することができる。例示的実施形態では、レッグ２０８と関連付けられ、および／またはレッグ２０８を少なくとも部分的に画定する個々のシーケンスのＴＴ電極２３６が形成され、レッグ２０８の長さの少なくとも一部に沿ってそれぞれのレッグ２０８を少なくとも部分的に画定している１つまたは複数のＲＦレール２３０に対して実質的に平行に延在している。例えば３つのシーケンスのＴＴ電極２３６．１、２３６．２および２３６．３は、図４に示されているレッグ２０８Ｃの部分を少なくとも部分的に画定している。３つのシーケンスのＴＴ電極２３６．１、２３６．２および２３６．３の各々は複数のＴＴ電極２３５を備えている。様々な実施形態では、個々のレッグ２０８を少なくとも部分的に画定している多数のシーケンスのＴＴ電極２３６は、２つ、３つ、４つおよび／または他の数のシーケンスのＴＴ電極を備えている。例示的実施形態では、原子対象閉込め装置２００は複数の数のシーケンスのＴＴ電極２３６を備えており、個々の数のシーケンスのＴＴ電極は原子対象閉込め装置２００のレッグ２０８および／またはジャンクション２０２を少なくとも部分的に画定している。いくつかの実施形態では、ＴＴ電極２３５の各々は、ＲＦレール２３０の上部表面と実質的に共面である実質的に共面の上部表面を使用して形成されている。

【0071】

例示的実施形態では、隣り合う、および／または隣接するＴＴ電極２３５の間に横方向のギャップを存在させることができる。例示的実施形態では、この横方向のギャップは空空間であってもよく、および／または隣り合う、および／または隣接する電極２３５間の電気連絡を防止するために誘電材料で少なくとも部分的に充填することができる。例示的実施形態では、隣り合う、および／または隣接する電極２３５間の横方向のギャップは、ほぼ１～１０μの範囲であってもよい。

【0072】

例示的実施形態では、縦方向のギャップが一連のＴＴ電極２３６と、隣り合う、および／または隣接するＲＦレール２３０との間に存在している。例示的実施形態では、この縦方向のギャップは、上記一連のＴＴ電極２３６のＴＴ電極２３５とＲＦレール２３０の間の電気連絡を防止するために、誘電材料および／または絶縁材料で少なくとも部分的に充填することができる。例示的実施形態では、隣り合う、および／または隣接する電極間の縦方向のギャップは、ほぼ１～１０μの範囲であってもよい。

【0073】

例示的実施形態では、第１の一連のＴＴ電極２３６．１と第３の一連のＴＴ電極２３６．３の間に多数の（例えば一対の）ＲＦレール２３０を形成し、ＲＦレール２３０同士の間の縦方向の通路２０１に沿って第２の一連のＴＴ電極２３６．２を延在させることができる。例えば特定のレッグ２０８の個々の一連のＴＴ電極２３６は、その特定のレッグ２０８の長さの少なくとも一部に沿って、対応するＲＦレール２３０に対して実質的に平行の方向に延在することができる。様々な実施形態では、ＴＴ電極２３５の上部表面は、ＲＦレール２３０の上部表面と実質的に共面である。

【0074】

様々な実施形態では、周期電圧信号（例えば無線周波数周期性を有する電圧信号）をＲＦレール２３０に印加して、原子対象閉込め装置２００内に閉じ込められ、および／またはトラップされた原子対象を維持するように作用する電界および／または磁界を生成することができる。例えば少なくとも部分的に特定のレッグ２０８を画定するＲＦレール２３０は、原子対象を原子対象閉込め装置２００の対応する一次元セグメントおよび／または部分に対して横方向にその特定のレッグ２０８内に閉じ込め、および／またはトラップする電気疑似電位を生成する。例えばＲＦレール２３０は、ＲＦレール２３０に周期電圧信号が印加されると、図４にダッシュ線で示されている一次元セグメントに沿って原子対象を閉じ込め、および／またはトラップする疑似電位を生成するように構成されている。例えばレッグ２０８に沿った無線周波数ヌルは、そのレッグに沿って輸送経路を画定し、この輸送経路に沿って、レッグ２０８の長さに沿って原子対象を輸送することができる。

【0075】

様々な実施形態では、ＴＴ電極２３５は、レッグ２０８に対する輸送経路に沿って（例えばＲＦヌルに沿って）原子対象が輸送されることになる時間依存電位界をＴＴ電極２３５が生成するよう、制御電圧信号がＴＴ電極２３５に印加されるように構成されている。例えばいくつかの一連のＴＴ電極２３６の特定のレッグ２０８のＴＴ電極２３５に印加される制御電圧信号によって少なくとも部分的に生成される電界および／または磁界は、少なくとも１つの原子対象を第２の一連のＴＴ電極（例えばレッグ２０８Ｃに対する２３６．２）の上部表面の上方のポテンシャル井戸、および／またはそれぞれのレッグ２０８Ｃの縦方向のギャップ２０１の中にトラップすることができる。さらに、電極２３５に印加される制御電圧信号は、原子対象がレッグ２０８Ｃ内に配置されると、第２の一連のＴＴ電極２３６．２の上部表面の上方のポテンシャル井戸、および／または縦方向のギャップ２０１内に閉じ込められ、および／またはトラップされた原子対象が対応するレッグ２０８Ｃに対するＲＦヌルを実質的に追従し、および／またはこのＲＦヌルに沿う軌道を横切らせることができる。

【0076】

様々な実施形態では、ＴＴ電極２３５も同じくジャンクション２０２内に配置されている。様々な実施形態では、ジャンクション２０２の近傍に配置されたＴＴ電極２３５は、制御電圧信号がジャンクション２０２の近傍のＴＴ電極２３５に印加されると、ジャンクション２０２を通る輸送経路に沿って原子対象を輸送させるように構成された電界および／または磁界をＴＴ電極２３５が生成するように構成されている。

【0077】

様々な実施形態では、ＴＴ電極２３５に印加される制御電圧信号およびＲＦレール２３０に印加される周期電圧信号は、リード線を介して接続されている１つまたは複数のデバイス（例えば図５に示されているコントローラ３０、および／または等々）によって制御されている。例えばコントローラ３０は、電圧源５０および／または他の電圧ドライバを制御して、原子対象閉込め装置２００によってトラップされ、および／または閉じ込められた原子対象を規定された輸送経路に沿って輸送させ、および／または規定された位置に保持させる時間依存電位（例えば時間で展開する電位）を生成するよう、これらの電圧源５０および／またはドライバに制御電圧信号をＴＴ電極２３５に印加させることができる。

【0078】

少なくとも１つの原子対象および／または多原子対象クリスタルの原子対象に対する電荷、および／または電界および／または磁界（例えばＲＦレール２３０に周期電圧信号を印加し、また、ＴＴ電極２３５に制御電圧信号を印加することによって生成される）を組み合わせた形状および／または大きさなどの要因に応じて、原子対象閉込め装置２００の上部表面（例えばＴＴ電極２３５およびＲＦレール２３０の共面上部表面）の上方の特定の距離（例えばほぼ２０μｍないしほぼ２００μｍ）で原子対象を安定化させることができる。所望の軌道に沿った原子対象の通過の制御にさらに寄与するために、様々な実施形態では、１２４ケルビン未満（例えば１００ケルビン未満、５０ケルビン未満、１０ケルビン未満、５ケルビン未満、および／または等々）の温度に原子対象閉込め装置を冷却することができる極低温および／または真空チャンバ内で原子対象閉込め装置２００を動作させることができる。

【0079】

技術的利点
様々な実施形態は、原子対象閉込め装置における（概ねおよび／またはほぼ）並列の操作の実施を可能にする技術的な問題に対する技術的解決法を提供する。例えば原子対象閉込め装置を量子プロセッサの部品として使用し、および原子対象閉込め装置によってトラップされ、および／または閉じ込められた原子対象を量子プロセッサのキュービットとして使用する、などの様々な用途においては、（概ねおよび／またはほぼ）並列の操作を実施することができると、量子プロセッサは、より深い量子回路およびより複雑な量子計算を実施することができる。

【0080】

例えば同じ幾何構造を有する複数のレッグを含むレッグの周期アレイにより、異なるレッグの対応するＴＴ電極間で共有される小さい共通のセットのＴＴ電極制御信号を使用して、アレイ全体にわたる原子対象のグローバルな輸送を可能にすることができ、レッグ内の同じタイプの個々のＴＴ電極は、他のレッグの同じタイプの他のＴＴ電極と同じ信号によってマニピュレートされる。それにより、ＴＴ電極マニピュレーション信号、原子対象閉込め装置を備えたチップ上のピン数、真空貫通（例えばワイヤを極低温および／または真空チャンバの内部へ貫通させることができる）を実質的に低減することができ、また、原子対象閉込め装置システムの制御の複雑性を実質的に軽減することができる。

【0081】

例えば原子対象閉込め装置の周期または準周期アレイの彎曲したレッグにより、単一のビーム経路に沿って放出されるマニピュレーション信号は、入射するマニピュレーション信号がそのビーム経路に沿った同じ位置における無線周波数ヌルに対して実質的に平行に伝搬し、また、そのビーム経路に沿った他の位置における無線周波数ヌルに対して実質的に直角に伝搬する複数の原子対象に対する操作を実施することができる。したがって原子対象閉込め装置の彎曲したレッグは、様々な操作を実施するために必要なマニピュレーション源（例えばレーザ）の数を少なくする。さらに、原子対象がビーム経路に沿って配置され、しかしながらそのビーム経路に沿って伝搬するマニピュレーション信号がその原子対象に入射しないことが望ましい場合、ジャンクションを通してその原子対象を輸送する必要なく、その原子対象をビーム経路外へ輸送することができ、これは、このような輸送操作、および輸送された原子対象の後続するクーリングを実施するために必要な時間を短くする。

【0082】

様々な実施形態によって提供される追加技術利点には、共有マニピュレーション信号ビーム経路に沿った操作ゾーンを有することを含むことができ、必要なマニピュレーション信号をより少なくすることができ、電力、コストを低減し、また、複雑性を軽減することができる。並列操作のための共有マニピュレーション信号の使用については既に説明されている。並列操作に加えて、低減されたレーザパワー、コストおよび軽減された複雑性は、並列操作が実施されない実施形態においても存在する追加利点である。様々な実施形態によって提供される別の技術利点は、接線接触状態作用領域および直角作用領域（例えばゲート操作を実施することができる領域）の両方を同じビーム経路に沿って同時に有する原子対象閉込め装置によれば、デバイスを再構成して、軸方向のゲートまたは半径方向のゲート、および／または必要に応じて両方を使用することができることを含む。軸方向のゲートは、ＴＴ電極に利用することができる電圧源の雑音がＲＦレール源に対して小さいため、場合によっては様々なシナリオに対して好ましい。半径方向のゲートは、ＲＦレール源の雑音が十分に小さい場合、より高い周波数運動モードを提供し、誤差および電力要求事項を低減するため、場合によっては様々なシナリオにおいて好ましい。両方のオプションを備えた原子対象閉込め装置を有することにより、量子コンピュータを再構成して、より良好なＲＦ源が利用可能になると、将来的に最良の操作ゾーンを使用することができ、また、このような小さい雑音のＲＦ源を利用することができない場合、軸方向のゲートを使用することができる。

【0083】

したがって様々な実施形態は、従来の二次元原子対象閉込め装置およびこのような二次元原子対象閉込め装置を備えたシステムに優る技術利点を提供する。

【0084】

原子対象閉込め装置を備えた例示的量子コンピュータ
上で説明したように、原子対象閉込め装置２００は、量子コンピュータの量子プロセッサの部品であってもよい。例えば原子対象閉込め装置２００によってトラップされ、および／または閉じ込められた原子対象は、量子プロセッサのキュービットとして使用することができる。彎曲したレッグを周期または準周期アレイで含む原子対象閉込め装置２００の複数のレッグの構造により、量子プロセッサによって並列操作を有効に実施することができる。図５は、例示的実施形態による、原子対象閉込め装置２００（例えばイオントラップ）を備えた例示的量子コンピュータシステム１００の略図を示したものである。様々な実施形態では、量子コンピュータシステム１００は計算実体１３０および量子コンピュータ１１０を備えている。様々な実施形態では、量子コンピュータ１１０はコントローラ３０および量子プロセッサ１１５を備えている。様々な実施形態では、量子プロセッサ１１５は、低温保持装置および／または真空チャンバ４０の中に密閉された原子対象閉込め装置２００、１つまたは複数の電圧源５０、１つまたは複数のマニピュレーション源６０、および／または等々を備えている。

【0085】

例示的実施形態では、１つまたは複数のマニピュレーション源６０は、１つまたは複数のレーザ（例えば光レーザ、マイクロ波源、および／または等々）を備えている。様々な実施形態では、１つまたは複数のマニピュレーション源６０は、原子対象閉込め装置２００内の１つまたは複数の原子対象の制御された量子状態展開をマニピュレートし、および／または制御された量子状態展開をもたらすように構成されている。例えば例示的実施形態では、１つまたは複数のマニピュレーション源６０は１つまたは複数のレーザを備えており、レーザは、極低温および／または真空チャンバ４０内の閉込め装置に１つまたは複数のレーザビームを提供することができる。レーザビームを使用して、１つまたは複数の原子対象に対して、１つまたは複数の量子ゲートの制定、シンパシティッククーリング、および／または等々などの様々な操作（例えば並列操作）を実施することができる。様々な実施形態では、マニピュレーション源６０は、コントローラ３０のそれぞれのドライバコントローラ要素６１５（図６参照）によって制御されている。

【0086】

様々な実施形態では、量子コンピュータ１１０は１つまたは複数の電圧源５０を備えている。例えば電圧源５０は、複数のＴＴ電圧ドライバおよび／または電圧源、および／または少なくとも１つのＲＦドライバおよび／または電圧源を備えることができる。電圧源５０は、例示的実施形態では、原子対象閉込め装置２００の対応する電位発生要素（例えばＴＴ電極２３５、ＲＦレール２３０）に電気結合することができる。例えば電圧源５０は、周期電圧信号をＲＦレール２３０に提供し、また、制御電圧信号をＴＴ電極２３５に提供するように構成されている。様々な実施形態では、電圧源５０は、コントローラ３０のそれぞれのドライバコントローラ要素６１５によって制御されている。

【0087】

様々な実施形態では、計算実体１３０は、ユーザが（例えば計算実体１３０のユーザインタフェースを介して）量子コンピュータ１１０に入力を提供することができ、また、量子コンピュータ１１０からの出力についての受け取り、ビュー、および／または同様の行為をすることができるように構成されている。計算実体１３０は、１つまたは複数の有線または無線ネットワーク１２０を介して、および／または直接有線通信および／または直接無線通信を介して量子コンピュータ１１０のコントローラ３０と通信することができる。例示的実施形態では、計算実体１３０は、情報／データ、量子回路、量子計算アルゴリズム、および／または等々をコントローラ３０が理解し、および／または実現することができる計算言語、実行可能命令、コマンドセット、および／または等々に翻訳し、構成し、フォーマット化し、および／または等々を実施することができる。

【0088】

様々な実施形態では、コントローラ３０は、電圧源５０、極低温および／または真空チャンバ４０内の温度および圧力を制御する極低温システムおよび／または真空システム、マニピュレーション源６０、および／または極低温および／または真空チャンバ４０内の様々な環境条件（例えば温度、圧力、および／または等々）を制御する他のシステムを制御するように構成されており、および／または閉込め装置内の１つまたは複数の原子対象の量子状態の制御された展開をマニピュレートし、および／または制御された展開をもたらすように構成されている。例えばコントローラ３０は、閉込め装置内の１つまたは複数の原子対象の量子状態の制御された展開をもたらして量子回路および／またはアルゴリズムを実行することができる。様々な実施形態では、閉込め装置内に閉じ込められた原子対象は量子コンピュータ１１０のキュービットとして使用される。例えば量子プロセッサ１１５は、量子プロセッサのキュービット原子対象として使用される第１の原子対象、および同じ多原子対象クリスタルのキュービット原子対象の冷却に使用するためのシンパシティッククーリング原子対象として使用される第２の原子対象を個々に含む複数の多原子対象クリスタルを含むことができる。

【0089】

例示的コントローラ
様々な実施形態では、原子対象閉込め装置は量子コンピュータ１１０の中に組み込まれている。様々な実施形態では、量子コンピュータ１１０は、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たコントローラ３０をさらに備えている。例えばコントローラ３０は、電圧源５０、極低温および／または真空チャンバ４０内の温度および圧力を制御する極低温システムおよび／または真空システム、マニピュレーション源６０、および／または極低温および／または真空チャンバ４０内の環境条件（例えば温度、湿度、圧力、および／または等々）を制御する他のシステムを制御するように構成することができ、および／または閉込め装置内の１つまたは複数の原子対象の量子状態の制御された展開をマニピュレートし、および／または制御された展開をもたらすように構成することができる。

【0090】

図６に示されているように、様々な実施形態では、コントローラ３０は、処理要素および／またはデバイス６０５、メモリ６１０、ドライバコントローラ要素６１５、通信インタフェース６２０、アナログ－デジタル変換器要素６２５、および／または等々を含む様々なコントローラ要素を備えることができる。例えば処理要素および／またはデバイス６０５は、プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ）、マイクロプロセッサ、共処理実体、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）、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理アレイ（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／または回路機構、および／または等々、および／またはコントローラを備えることができる。回路機構という用語は、完全なハードウェア実施形態、またはハードウェアとコンピュータプログラム製品の組合せを意味することができる。例示的実施形態では、コントローラ３０の処理要素および／またはデバイス６０５はクロックを備えており、および／またはクロックと通信している。例えば処理要素および／またはデバイス６０５は、量子プロセッサ１１５に並列（例えば同時）操作を使用して量子回路を実施させる方法を決定し、次に、量子コンピュータの様々な態様を制御して（例えばそれぞれのドライバコントローラ要素６１５に命令を提供することによって）、量子プロセッサ１１５に並列操作を使用して量子回路を実施させるように構成されている。

【0091】

例えばメモリ６１０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、レジスターメモリ、および／または等々のうちの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記憶装置などの非一時的メモリを備えることができる。様々な実施形態では、メモリ６１０は、量子コンピュータのキュービットに対応するキュービット記録を記憶することができ（例えばキュービット記録データ記憶装置、キュービット記録データベース、キュービット記録テーブル、および／または等々に）、また、校正テーブル、実行可能キュー、コンピュータプログラムコード（例えば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、および／または等々で）、１つまたは複数のライブラリ、１つまたは複数の波形シリーズおよび関連するメタデータ、および／または等々を記憶することができる。例示的実施形態では、メモリ６１０に記憶されているコンピュータプログラムコードの少なくとも一部を実行することにより（例えば処理要素および／またはデバイス６０５によって）、コントローラ３０は、本明細書において説明されている１つまたは複数のステップ、操作、プロセス、手順、および／または等々を実施して、原子システム内の原子対象および／または多原子対象クリスタルの位相、位置、および／または等々を追跡し、それにより１つまたは複数のマニピュレーション源、および／またはその１つまたは複数のマニピュレーション源によって生成される信号の位相を調整することになる。

【0092】

様々な実施形態では、ドライバコントローラ要素６１０は、１つまたは複数のドライバ、および／またはそれぞれ１つまた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むことができる。様々な実施形態では、ドライバコントローラ要素６１５はドライバおよび／またはドライバコントローラを備えることができる。例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がコントローラ３０によって（例えば処理要素および／またはデバイス６０５によって）計画され、かつ、実行される実行可能命令、コマンド、および／または等々に従って動作されることになるように構成することができる。様々な実施形態では、ドライバコントローラ要素６１５により、コントローラ３０はマニピュレーション源６０を動作させることができる。様々な実施形態では、ドライバは、レーザドライバ、真空構成要素ドライバ、ＴＴ電極、ＲＦレール、および／または原子対象閉込め装置のトラッピング電位を維持し、および／または制御するために使用される他の電極に印加される電流の流れおよび／または電圧を制御し、および／または１つまたは複数の原子対象の輸送をもたらすためのドライバ、極低温および／または真空システム構成要素ドライバ、および／または等々であってもよい。例えばドライバは、ＴＴおよび／またはＲＦ電圧ドライバ、および／または電圧および／または電気信号（例えば周期電圧信号および／または制御電圧信号）をＴＴ電極２３５および／またはＲＦレール２３０に提供する電圧源５０を制御し、および／または備えることができる。様々な実施形態では、コントローラ３０は、原子対象閉込め装置２００によってトラップされ、および／または閉じ込められた原子対象によって生成された光信号を捕獲し、検出し、測定し、および／または等々を実施するように構成された光収集システムのカメラ、ＭＥＭｓカメラ、ＣＣＤカメラ、フォトダイオード、光電子増倍管、および／または等々などの１つまたは複数の光受信機構成要素に信号を通信し、および／またはこれらから信号を受け取るための手段を備えている。例えばコントローラ３０は、１つまたは複数の光受信機構成要素、校正センサ、および／または等々から信号を受け取るように構成された１つまたは複数のアナログ－デジタル変換器要素６２５を備えることができる。

【0093】

様々な実施形態では、コントローラ３０は、計算実体１３０とインタフェースし、および／または通信するための通信インタフェース６２０を備えることができる。例えばコントローラ３０は、計算実体１３０から実行可能命令、コマンドセット、および／または等々を受け取り、また、量子コンピュータ１１０から（例えば光収集システムから）受け取った出力、および／または計算実体１３０への出力を処理した結果を提供するための通信インタフェース６２０を備えることができる。様々な実施形態では、計算実体１３０およびコントローラ３０は、直接有線および／または無線接続、および／または１つまたは複数の有線および／または無線ネットワーク１２０を介して通信することができる。

【0094】

例示的計算実体
図７は、本発明の実施形態と共に使用することができる例示的計算実体１３０の略図を示したものである。様々な実施形態では、計算実体１３０は、ユーザが量子コンピュータ１１０に入力を提供し（例えば計算実体１３０のユーザインタフェースを介して）、かつ、量子コンピュータ１１０から出力を受け取り、表示し、解析し、および／または等々を実施することができるように構成されている。

【0095】

図７に示されているように、計算実体１３０は、アンテナ７１２、送信機７０４（例えば無線）、受信機７０６（例えば無線）、およびそれぞれ送信機７０４に信号を提供し、また、受信機７０６から信号を受け取る処理要素７０８を含むことができる。それぞれ送信機７０４に提供され、また、受信機７０６から受け取る信号は、コントローラ３０、他の計算実体１３０、および／または等々などの様々な実体と通信するために適用することができる無線システムのエアーインタフェース規格に基づくシグナリング情報／データを含むことができる。この点に関して、計算実体１３０は、１つまたは複数のエアーインタフェース規格、通信プロトコル、変調タイプおよびアクセスタイプを使用して動作することができる。例えば計算実体１３０は、ファイバ分散データインタフェース（ＦＤＤＩ）、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、イーサネット、非同期転送モード（ＡＴＭ）、フレームリレー、データオーバーケーブルサービスインタフェース仕様（ＤＯＣＳＩＳ）、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送信プロトコルを使用して通信を受け取り、および／または提供するように構成することができる。同様に、計算実体１３０は、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、ユニバーサル移動遠隔通信システム（ＵＭＴＳ）、符号分割多重アクセス２０００（ＣＤＭＡ２０００）、ＣＤＭＡ２０００ １Ｘ（１ｘＲＴＴ）、広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）、移動通信のための広域システム（ＧＳＭ）、ＧＳＭエボリューションのための強化データ転送速度（ＥＤＧＥ）、時分割同期符号分割多重アクセス（ＴＤ－ＳＣＤＭＡ）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、エボルブドユニバーサルテレストリアル無線アクセスネットワーク（Ｅ－ＵＴＲＡＮ）、エボリューション－データ最適化（ＥＶＤＯ）、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）、ＩＥＥＥ ８０２．１１（Ｗｉ－Ｆｉ）、Ｗｉ－Ｆｉダイレクト、８０２．１６（ＷｉＭＡＸ）、超広帯域（ＵＷＢ）、赤外線（ＩＲ）プロトコル、近距離場通信（ＮＦＣ）プロトコル、Ｗｉｂｒｅｅ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈプロトコル、無線ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）プロトコル、および／または任意の他の無線プロトコルなどの様々なプロトコルのうちの任意のプロトコルを使用した無線外部通信ネットワークを介して通信するように構成することができる。計算実体１３０は、このようなプロトコルおよび規格を使用して、ボーダーゲートウェイプロトコル（ＢＧＰ）、動的ホスト構成プロトコル（ＤＨＣＰ）、ドメイン名システム（ＤＮＳ）、ファイル転送プロトコル（ＦＴＰ）、ハイパーテキスト転送プロトコル（ＨＴＴＰ）、ＴＬＳ／ＳＳＬ／Ｓｅｃｕｒｅを介したＨＴＴＰ、インターネットメッセージアクセスプロトコル（ＩＭＡＰ）、ネットワーク時間プロトコル（ＮＴＰ）、シンプルメール転送プロトコル（ＳＭＴＰ）、テルネット、トランスポートレイヤーセキュリティ（ＴＬＳ）、セキュアソケットレイヤー（ＳＳＬ）、インターネットプロトコル（ＩＰ）、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）、データグラム輻輳制御プロトコル（ＤＣＣＰ）、ストリーム制御伝送プロトコル（ＳＣＴＰ）、ハイパーテキストマークアップ言語（ＨＴＭＬ）、および／または等々を使用して通信することができる。

【0096】

計算実体１３０は、これらの通信規格およびプロトコルを介して、非構造化補足サービス情報／データ（ＵＳＳＤ）、ショートメッセージサービス（ＳＭＳ）、多重媒体メッセージ発信サービス（ＭＭＳ）、二重トーン多重周波数信号発信（ＤＴＭＦ）および／または加入者識別モジュールダイアラー（ＳＩＭダイアラー）などの概念を使用して様々な他の実体と通信することができる。また、計算実体１３０は、例えば変更、アド－オンおよび更新をそのファームウェア、ソフトウェア（例えば実行可能命令、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同じくダウンロードすることができる。

【0097】

また、計算実体１３０は、１つまたは複数のユーザ入力／出力インタフェースを備えたユーザインタフェースデバイス（例えば処理要素７０８に結合されたディスプレイ７１６および／またはスピーカ／スピーカドライバ、および処理要素７０８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／またはマイクロホン）を同じく備えることができる。例えばユーザ出力インタフェースは、アプリケーション、ブラウザ、ユーザインタフェース、インタフェース、ダッシュボード、スクリーン、ウェブページ、ページ、および／または本明細書において交換可能に使用されている、情報／データの表示または可聴提示をもたらし、また、１つまたは複数のユーザ入力インタフェースを介して対話するために、計算実体１３０上で実行する、および／または計算実体１３０を介してアクセスすることができる同様の語を提供するように構成することができる。ユーザ入力インタフェースは、キーパッド７１８（ハードまたはソフト）、タッチディスプレイ、音声／会話または運動インタフェース、スキャナ、リーダまたは他の入力デバイスなどのデータを計算実体１３０が受け取ることができる任意の数のデバイスを備えることができる。キーパッド７１８を含む実施形態では、キーパッド７１８は、従来の数値（０～９）および関連するキー（＃、＊）、および計算実体１３０を動作させるために使用される他のキーを含むことができ（あるいはそれらの表示をもたらすことができ）、また、アルファベット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起動することができるキーのセットを含むことができる。ユーザ入力インタフェースは、入力の提供に加えて、例えばスクリーンセーバおよび／またはスリープモードなどの特定の機能を起動し、あるいは不能にするために使用することができる。計算実体１３０は、このような入力を介して情報／データ、ユーザ対話／入力、および／または等々を収集することができる。

【0098】

また、計算実体１３０は、揮発性記憶装置すなわちメモリ７２２、および／または不揮発性記憶装置すなわちメモリ７２４を同じく含むことができ、これらは埋設することができ、および／または除去することができる。例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、および／または等々であってもよい。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、レジスターメモリ、および／または等々であってもよい。揮発性および不揮発性記憶装置すなわちメモリは、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実体、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、コンパイル済みコード、翻訳済みコード、機械コード、実行可能命令、および／または等々を記憶して、計算実体１３０の機能を実現することができる。

【0099】

結論
上記説明および関連する図面で提示された教示の利点を有する、本発明に関連する当業者には、本明細書において説明された本発明の多くの変更態様および他の実施形態が思いつくことであろう。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ないこと、また、変更態様および他の実施形態には、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を理解されたい。本明細書においては特定の用語が使用されているが、それらは、制限の目的のためではなく、一般的な、説明的な意味でのみ使用されている。

【符号の説明】

【0100】

２ ジャンクション
５ レッグアレイ
６ 位置
８ レッグ
１０ 位置
１２ 位置
１４ 位置
２０ ビーム線、ビーム経路
３０ コントローラ
４０ 低温保持装置および／または真空チャンバ
５０ 電圧源
６０ マニピュレーション源
１００ 量子コンピュータシステム
１１０ 量子コンピュータ
１１５ 量子プロセッサ
１２０ 有線または無線ネットワーク
１３０ 計算実体
１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ、１５０Ｅ 線
２００ 原子対象閉込め装置
２０１ 縦方向の通路
２０２ ジャンクション
２０２Ａ 第１のジャンクション
２０２Ｂ 第２のジャンクション
２０５ アレイ
２０５Ａ～Ｌ アレイ
２０８、２０８Ａ、２９８Ｂ、２０８Ｃ、２０８Ｄ レッグ
２０９Ａ 第１の端部
２０９Ｂ 第２の端部
２１０ 位置
２１２ 位置
２１４ ぬりつぶされていないドット
２２０ ビーム経路
２３０ 無線周波数（ＲＦ）レール
２３１ 縦方向のギャップ
２３５、２３６、２３６．１、２３６．２、２３６．３ トラッピングおよび／または輸送（ＴＴ）電極
２５０Ａ、２５０Ｂ 位置
２９０Ａ、２９０Ｂ、２９０Ｃ 行
２９２Ａ、２９２Ｂ、２９２Ｃ 列
６０５ 処理要素および／またはデバイス
６１０ メモリ
６１５ ドライバコントローラ要素
６２０ 通信インタフェース
６２５ アナログ－デジタル変換器要素
７０４ 送信機
７０６ 受信機
７０８ 処理要素
７１２ アンテナ
７１６ ディスプレイ
７１８ キーパッド
７２２ 揮発性記憶装置
７２４ 不揮発性記憶装置
ｌ アレイ距離

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】