具有集成开关装置的离子阱装置的制作方法

具有集成开关装置的离子阱装置
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求2020年7月31日提交的美国申请号63/059,320的优 先权，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
3.各种实施方案涉及具有集成开关装置和/或控件的离子阱装置。


背景技术：

4.离子阱可使用电场和磁场的组合以捕获势阱中的一个或多个离子。离 子可被捕获用于多个目的，这可包括例如质谱法、研究和/或控制被捕获离 子的量子态。通过所付出的努力、智慧和创新，此类先前离子阱的许多缺 陷通过开发根据本发明的实施方案构造的解决方案已经被解决，本文详细 描述了这些实施方案的许多示例。


技术实现要素：

5.示例性实施方案提供了离子阱装置、包括离子阱装置的量子计算机、 包括离子阱装置的量子计算机系统等。
6.在示例性实施方案中，提供了一种具有多个电极的离子阱芯片。该离 子阱芯片包括：多个互连层；衬底；和集成开关网络层，该集成开关网络 层设置在该多个互连层与该衬底之间。该集成开关网络层包括多个单片集 成控件和/或开关，该多个单片集成控件和/或开关被配置为调节施加到该多 个电极中的至少一个电极的电压信号。该离子阱芯片可包括表面离子阱芯 片。该离子阱芯片可被配置为在低温室内操作。该多个单片集成控件和/或 开关中的至少一些可以包括双极结型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶 体管、金属半导体场效应晶体管、结型栅极场效应晶体管、异质结型双极 晶体管和高电子迁移率晶体管中的一种或多种。该多个单片集成控件和/或 开关中的至少一些可以包括场效应晶体管。该单片集成控件和/或开关中的 至少一些可包括穿硅通孔场效应晶体管。该穿硅通孔场效应晶体管中的至 少一些穿硅通孔场效应晶体管可被配置为穿硅电容器。该穿硅通孔场效应 晶体管中的至少一些穿硅通孔场效应晶体管可被配置为电压范围外开关。 该穿硅通孔场效应晶体管中的至少一些穿硅通孔场效应晶体管可被配置为 断开开关。
7.在另一个示例性实施方案中，提供了一种离子阱装置。该离子阱装置 包括离子阱芯片，该离子阱芯片具有多个电极；和内插器芯片，该内插器 芯片联接到该离子阱芯片。该内插器芯片包括集成开关网络层。例如，在 示例性实施方案中，该内插器芯片限定集成开关网络的至少一部分。该集 成开关网络层包括多个单片集成控件和/或开关，该多个单片集成控件和/或 开关被配置为调节施加到该多个电极中的至少一个电极的电压信号。该离 子阱芯片可包括表面离子阱芯片。该离子阱装置可被配置为在低温室内操 作。该多个单片集成控件和/或开关中的至少一些可以包括双极结型晶体 管、金属氧化物半导体场效应晶体管、金属半导体场效应晶体管、结型栅 极场效应晶体管、异质结型双极晶体管和高电子
迁移率晶体管中的一种或 多种。该多个单片集成控件和/或开关中的至少一些可以包括场效应晶体 管。该单片集成控件和/或开关中的至少一些可包括穿硅通孔场效应晶体 管。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少一些穿硅通孔场效应晶体管可被配 置为穿硅电容器。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少一些穿硅通孔场效应 晶体管可被配置为电压范围外开关。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少一 些穿硅通孔场效应晶体管可被配置为断开开关。
8.在另一个示例性实施方案中，提供了一种离子阱装置。该离子阱装置 包括离子阱芯片，该离子阱芯片具有多个电极；内插器芯片，该内插器芯 片联接到该离子阱芯片；和集成开关网络芯片，该集成开关网络芯片与该 内插器芯片通信、连接和/或联接(例如，物理联接到内插器芯片并与内插 器芯片通信)。该集成开关网络芯片包括多个单片集成控件和/或开关，该 多个单片集成控件和/或开关被配置为调节施加到该多个电极中的至少一个 电极的电压信号。该集成开关网络芯片可经由互连件连接到该内插器芯 片。该离子阱芯片可包括表面离子阱芯片。该离子阱装置可被配置为在低 温室内操作。该多个单片集成控件和/或开关中的至少一些可以包括双极结 型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、金属半导体场效应晶体管、 结型栅极场效应晶体管、异质结型双极晶体管和高电子迁移率晶体管中的 一种或多种。该多个单片集成控件和/或开关中的至少一些可以包括场效应 晶体管。该单片集成控件和/或开关中的至少一些可包括穿硅通孔场效应晶 体管。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少一些穿硅通孔场效应晶体管可被 配置为穿硅电容器。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少一些穿硅通孔场效 应晶体管可被配置为电压范围外开关。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少 一些穿硅通孔场效应晶体管可被配置为断开开关。
9.在另一个示例性实施方案中，提供了一种离子阱装置。该离子阱装置 包括离子阱芯片，该离子阱芯片具有多个电极；和内插器芯片，该内插器 芯片联接到该离子阱芯片。该离子阱装置包括至少一个集成开关网络层， 该至少一个集成开关网络层联接到该内插器芯片；和集成开关网络芯片， 该集成开关网络芯片与该内插器芯片通信、联接和/或连接。该至少一个集 成开关层和该集成开关网络芯片各自包括多个单片集成控件和/或开关，该 多个单片集成控件和/或开关被配置为调节施加到该多个电极中的至少一个 电极的电压信号。该集成开关网络芯片可经由互连件连接到该内插器芯 片。该离子阱芯片可包括表面离子阱芯片。该离子阱装置可被配置为在低 温室内操作。该多个单片集成控件和/或开关中的至少一些可以包括双极结 型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、金属半导体场效应晶体管、 结型栅极场效应晶体管、异质结型双极晶体管和高电子迁移率晶体管中的 一种或多种。该多个单片集成控件和/或开关中的至少一些可以包括场效应 晶体管。该单片集成控件和/或开关中的至少一些可包括穿硅通孔场效应晶 体管。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少一些穿硅通孔场效应晶体管可被 配置为穿硅电容器。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少一些穿硅通孔场效 应晶体管可被配置为电压范围外开关。该穿硅通孔场效应晶体管中的至少 一些穿硅通孔场效应晶体管可被配置为断开开关。
附图说明
10.因此，已经概括地描述了本发明，现在将参考附图，这些附图未必按 比例绘制，并且其中：
11.图1a提供了根据示例性实施方案的示例性离子阱装置的侧视图。
12.图1b提供了根据示例性实施方案的图1a的示例性离子阱装置的俯视 图。
13.图2提供了根据示例性实施方案的包括离子阱装置的量子计算机的示 意图。
14.图3提供了根据示例性实施方案的示例性离子阱装置的透视图。
15.图4a提供了根据示例性实施方案的示例性离子阱装置的透视图。
16.图4b提供了根据示例性实施方案的示例性离子阱装置的侧剖视图。
17.图5提供了根据示例性实施方案的示例性离子阱装置的透视图。
18.图6提供了根据示例性实施方案的示意图，描绘了穿硅通孔场效应晶 体管(tsv-fet)结构的截面视图。
19.图7a提供了根据示例性实施方案的用于集成开关装置的串联连接的 场效应晶体管(fet)开关实施方式的示意图。
20.图7b提供了根据示例性实施方案的图7a的串联连接的fet开关实施 方式的时序图。
21.图8a提供了根据示例性实施方案的用于集成开关装置的开关电容器 滤波器实施方式的示意图。
22.图8b提供了根据示例性实施方案的图8a的开关电容器滤波器实施方 式的模拟信号与频率滚降曲线。
23.图9a提供了根据示例性实施方案的用于集成开关装置的集成电路实 施方式的示意图。
24.图9b提供了根据示例性实施方案的图9a的集成电路实施方式的时序 图。
25.图10提供了根据示例性实施方案的用于集成开关装置的单刀双掷 (spdt)互补金属氧化物半导体(cmos)开关的示意图。
26.图11提供了根据示例性实施方案的包括离子阱装置的量子计算机的示 例性控制器的示意图。
27.图12提供了可根据示例性实施方案使用的量子计算机系统的示例性计 算实体的示意图。
具体实施方式
28.现在在下文中将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明 的一些但不是全部的实施方案。实际上，本发明可以以许多不同的形式体 现，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方案；相反，提供这些实施 方案是为了使本公开满足适用的法律要求。除非另外指明，否则术语
ꢀ“
或”(也表示为“/”)在另选和结合意义上均用于本文。术语“例示 性”和“示例性”是用于没有质量水平指示的示例。除非另外指明，否则 术语“一般”和“大约”是指在工程化和/或制造极限/公差内和/或在用户 测量能力内。在全篇内容中，类似的标号指代类似的元件。
29.示例性离子阱装置
30.在各种实施方案中，离子阱装置包括立方体结构，该立方体结构具有 上表面、下表面(例如，衬底)以及位于上表面和下表面之间的多个层 (例如，多个互连层)。离子阱装置的上表面包括具有多个电极的离子阱/ 离子阱芯片(例如，表面离子阱/芯片)。在各种实施方案中，离子阱/离子 阱芯片是或包括被配置为使用电场或电磁场(诸如表面离子阱、对
称离子 阱、非对称离子阱、线性离子阱、一维、二维或三维离子阱等)在空间中 捕获带电粒子的设备。在各种实施方案中，离子阱装置包括势能生成元 件，诸如离子阱的电极。在各种实施方案中，势能生成元件被配置为在适 当的电压信号施加到其上时产生一个或多个势阱，这些势阱被配置为捕获 和/或限制原子对象，例如离子和/或带电粒子。示例性离子阱装置包括内插 器部件/层(例如，内插器芯片)、离子阱(例如，表面离子阱/芯片)、它 们的组合等。示例性离子阱装置可被配置为在低温/真空室内操作。
31.另外，在各种实施方案中，离子阱装置包括设置在离子阱装置的多个 互连层与下表面(例如，衬底)之间的集成开关装置(例如，集成开关芯 片、集成开关网络层、集成开关部件等)。在一些实施方案中，集成开关 装置与离子阱装置相邻(例如，在样品平面内并且离子阱装置和/或在离子 阱装置正下方的层)。在各种实施方案中，集成开关装置包括多个单片集 成控件和/或开关，该多个单片集成控件和/或开关被配置为调节施加到多个 势能生成元件(例如，电极)中的至少一个势能生成元件的电压信号。
32.应当理解，本公开不限于所公开的特定示例，并且修改和其他示例旨 在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文描述了特定术语和示例，但它 们仅以描述性意义使用，而不是出于限制的目的。
33.图1a至图1b分别提供了根据示例性实施方案的离子阱装置100的示 意性侧视图和俯视图。如图所示，离子阱装置100包括与集成开关装置115 (例如，单片集成开关装置)联接的表面离子阱102。如图所示，表面离子 阱102和集成开关装置115形成/限定单块体。在各种实施方案中，集成开 关装置115可与离子阱(例如，表面离子阱102)和/或离子阱装置100的 任何表面相邻、靠近或联接。
34.如图1a所示，集成开关装置115可靠近和/或联接到离子阱/离子阱芯 片的下表面。在各种示例中，离子阱装置100和/或离子阱(例如，表面离 子阱102)和/或离子阱芯片可使用各种技术来制造，包括半导体制造技 术，例如但不限于凸块结合、直接制造技术等。另选地，离子阱(例如， 表面离子阱102)和集成开关装置115相对于彼此并排配置和/或基本上共 面。表面离子阱102至少部分地由多个序列的电极114限定。集成开关装 置115被配置为控制和/或调节施加到多个序列的电极114中的一个或多个 电极116的电压信号。在各种实施方案中，集成开关装置115包括单片集 成内插器部件(例如，内插器芯片)。另选地，内插器部件(例如，内插 器芯片)和/或集成开关装置115可与离子阱装置100相邻。
35.参见图1b，示例性表面离子阱102至少部分地由多个射频(rf)电极 112(例如，112a、112b，在本文中也称为rf轨)和多个电极序列(例 如，114a、114b、114c)限定。术语“电极”还可指但不限于在本文中可 互换使用的直流(dc)电极、捕获和/或运输电极、控制电极等。在示例性 实施方案中，表面离子阱102是具有对称电极序列的表面paul阱。在各种 实施方案中，离子阱装置100的势能生成元件包括rf电极112和电极序列 114的dc电极116。在各种实施方案中，dc电极116被配置为使得电压 序列施加到其上，以形成和/或控制一个或多个势阱的深度和/或位置，这些 势阱被配置为捕获和/或限制离子、带电粒子等。在各种实施方案中，表面 离子阱102的上表面具有平坦化拓扑结构。
36.集成开关装置115可包括集成开关芯片、集成开关网络层、集成开关 部件等。集成开关装置115可包括多个单片集成控制部件(例如，滤波 器、晶体管、开关、电子部件等)，并且限定用于执行包括开关、放大、 滤波、信号路由等的电压信号调节操作的紧凑型集成电
路。可实现多种电 路架构，包括但不限于固态开关电路架构。
37.图3至图5提供了根据一些示例性实施方案的离子阱装置的各种配 置。注意，本公开的范围不限于本文的示例。在一些实施方案中，离子阱 装置可包括一个或多个附加的和/或另选的材料或部件，并且可另选地配 置。
38.如图3所示，示例性离子阱装置300可包括立方体结构，该立方体结 构具有上表面、下表面(例如，衬底)以及上表面和下表面之间的多个 层。如图所示，离子阱装置300是包括多个层和部件的单块体。离子阱装 置300的上表面包括具有多个电极的离子阱芯片302(例如，表面离子阱芯 片)。离子阱装置300的下表面(例如，衬底)包括集成开关装置315(例 如，集成开关网络)。集成开关装置315可包括多个单片集成控件和/或开 关,该多个单片集成控件和/或开关被配置成调节施加到多个电极中的至少一 个电极的电压信号。另外，离子阱装置300包括一个或多个互连层，包括 但不限于设置在离子阱芯片302与下表面(例如，衬底)之间的表面金 属。离子阱芯片302、集成开关装置315和互连层可彼此联接(例如，结 合、紧固、附接、共制造等)。
39.图4a至图4b分别提供了根据示例性实施方案的离子阱装置400a和 400b的透视图和侧剖视图。
40.如图4a所示，示例性离子阱装置400a可包括立方体结构，该立方体 结构具有上表面、下表面(例如，衬底)和上表面与下表面之间的多个 层。如图所示，离子阱装置400a限定包括多个层和部件的单块体。离子阱 装置400a的上表面包括具有多个电极的离子阱芯片402a(例如，表面离 子阱芯片)。离子阱装置400a的下表面(例如，衬底)包括集成开关装置 420a(例如，集成开关网络)。集成开关装置420a可包括多个单片集成 控件和/或开关，该多个单片集成控件和/或开关被配置为调节施加到多个电 极中的至少一个电极的电压信号。另外，离子阱装置400a包括设置在离子 阱装置400的上表面和下表面(例如，衬底)之间的内插器部件415a(例 如，内插器芯片)。在各种示例中，离子阱芯片402a、集成开关装置 420a和内插器部件415a(例如，内插器芯片)可以彼此联接(例如，结 合、紧固、附接、共制造等)。在一些示例中，集成开关装置420a(例 如，集成开关网络)和内插器部件415a可以由单个部件组成。例如，在示 例性实施方案中，集成开关装置420a(例如，集成开关网络)是内插器部 件415a的一部分(例如，集成到内插器部件中)。
41.如图4b所示，示例性离子阱装置400b包括立方体结构，该立方体结 构具有上表面、下表面(例如，衬底)以及上表面和下表面之间的多个 层。如图所示，离子阱装置400b限定包括多个层和部件的单块体。离子阱 装置400的上表面包括具有多个电极的离子阱芯片402b(例如，表面离子 阱芯片)。如进一步所描绘的，离子阱装置400b的下表面(例如，衬底) 包括集成开关装置420b(例如，集成开关网络)。集成开关装置420b可 包括多个单片集成控件和/或开关，该多个单片集成控件和/或开关被配置为 调节施加到多个电极中的至少一个电极的电压信号。另外，离子阱装置 400b包括设置在离子阱装置400b的上表面和下表面(例如，衬底)之间 的内插器部件415b(例如，内插器芯片)。在各种示例中，离子阱芯片 402b、集成开关装置420b和内插器部件415b(例如，内插器芯片)可以 在一些例子中经由凸块结合、线结合、它们的组合等彼此联接(例如，结 合、紧固、附接、共制造等)。如图4b所描绘的，在一些示例中，离子阱 芯片402b和内插器部件415b可以经由凸块结合417b彼此联接。如图4b 中进一步所描绘的，内插器部件415b和集成开关装置420b可以经由线结 合
419b和421b彼此电耦合。
42.在一些实施方案中，如图4b中进一步所描绘的，集成开关装置420b 可包括多个层和/或衬底。如图所示，集成开关装置420b包括限定集成开 关装置420b的顶表面/层的有源层401b。如进一步所描绘的，集成开关装 置420b包括限定集成开关装置420b的底表面/层的硅衬底405b。另外， 如图所示，集成开关装置420b包括设置在有源层401b与硅衬底405b之 间的埋入式氧化物层。
43.如图5所示，示例性离子阱装置500包括立方体结构，该立方体结构 具有上表面、下表面(例如，衬底)以及上表面和下表面之间的多个层。 如图所示，集成开关装置(例如，集成开关网络芯片)与离子阱装置500 的其他部件分开/不同。离子阱装置500的上表面包括具有多个电极的离子 阱芯片502(例如，表面离子阱芯片)。离子阱装置500的下表面(例如， 衬底)包括联接到离子阱装置500的上表面的内插器部件520(例如，内插 器芯片)。离子阱芯片502可联接到(例如，结合、紧固、附接、共制造 等)内插器部件520(例如，内插器芯片)。集成开关装置515可靠近或邻 近离子阱装置500的其他部件。如图所示，集成开关装置515与离子阱芯 片502和内插器部件520(例如，内插器芯片)分开/不同。在例示的实施 方案中，集成开关装置515包括多个单片集成控件和/或开关，该多个单片 集成控件和/或开关被配置为调节施加到多个电极中的至少一个电极的电压 信号。在一些实施方案中，如图所示，集成开关装置515经由互连件525 (例如，电缆、布线等)连接到离子阱芯片502/内插器部件520。在其他实 施方案中，集成开关装置515在没有互连件的情况下(使用直接布线、被 制造为离子阱装置500的一部分的引线、通孔等)与离子阱装置500的一 个或多个部件通信或接口连接。在一些实施方案中，离子阱装置500可包 括不同/单独的(例如，连接的)集成开关装置515和一个或多个集成开关 网络层的组合。
44.返回图1b，在各种实施方案中，表面离子阱102包括多个rf电极 112并且/或者至少部分地由这些电极限定。rf电极112可形成为具有基本 上平行的纵向轴线和基本上共面的上表面。例如，如图所示，rf电极112 基本上平行，使得rf电极112之间的距离沿着rf电极112的长度大约恒 定。例如，rf电极112的上表面可以与表面离子阱102的上表面基本上齐 平。在各种实施方案中，表面离子阱102可以包括多个rf电极112。例 如，表面离子阱102可以是包括多个数量(例如，成对和/或成组)的rf 电极112的二维离子阱，其中每个数量(例如，一对和/或一组)长度的电 极112具有基本上平行的纵向轴线。图1a示出了具有两个rf电极112的 离子阱装置100的示例性一维离子表面阱102，但其他实施方案可包括处于 各种配置的附加rf电极。
45.在各种实施方案中，两个相邻的rf电极112可通过间隙105彼此分隔 (例如，绝缘)。例如，间隙(在一个或两个维度上)限定表面离子阱102 的限制通道或限制区域，其中一个或多个原子对象(例如，离子、带电粒 子等)可在表面离子阱102内的各个位置处被捕获。在各种实施方案中， 由相邻rf电极112限定的间隙105基本上平行于相邻rf电极112的纵向 轴线延伸。例如，间隙105可基本上平行于y轴延伸。在示例性实施方案 中，间隙105至少部分地填充有绝缘材料(例如，介电材料)。在各种实 施方案中，介电材料是二氧化硅(例如，通过热氧化形成)和/或其他介电 材料和/或绝缘材料。在各种实施方案中，纵向间隙105具有大约40μm至 500μm的高度(例如，在x方向上，如图1b所示)。在各种实施方案中， 一个或多个dc电极序列114(例如，第二dc电极序列114b)可以设置 和/或形成在间隙105内。
46.在示例性实施方案中，横向间隙存在于一个或多个电极序列114的邻 近和/或相邻电极116之间。在各种实施方案中，横向间隙为空的空间和/或 至少部分地填充有介电材料，以防止邻近和/或相邻电极之间的电连通。在 示例性实施方案中，dc电极序列114与邻近和/或相邻长度的电极112之间 存在纵向间隙。在示例性实施方案中，间隙至少部分地填充有介电材料和/ 或绝缘材料，以防止电极序列114的dc电极116与一定长度的电极112之 间的电连通。在示例性实施方案中，邻近和/或相邻电极之间的间隙在大约 1μm至10μm的范围内。
47.在示例性实施方案中，多个(例如，一对)rf电极112形成在第一 dc电极序列114a与第三dc电极序列114c之间，其中第二dc电极序列 114b沿电极112之间的纵向通道105延伸。例如，在示例性实施方案中， 每个dc电极序列114在基本上平行于rf电极的纵向轴线的方向上(例 如，在y方向上)延伸。在各种实施方案中，dc电极序列114的上表面与 rf电极的上表面基本上共面。
48.在各种实施方案中，可将信号施加到rf电极以生成电场和/或磁场， 该电场和/或磁场用于保持捕获的离子和/或带电粒子。在各种实施方案中， dc电压序列被施加到dc电极116以生成时间相关的电势场，该电势场使 得由离子阱装置捕获和/或限制的离子、带电粒子等横穿对应的轨迹以执行 各种运输功能。在各种实施方案中，多个dc电极序列114可用dc电压进 行组合、偏置，这些电压有助于可变组合的电场和/或磁场在dc电极序列 114和/或rf电极112的上表面中的至少一个上表面上方的势阱中捕获至少 一个离子、带电粒子等。例如，至少部分地由施加到dc电极序列114中的 dc电极的电压生成的电场和/或磁场可在第二dc电极序列114b的上表面 和/或间隙105上方的势阱中捕获至少一个离子。另外，施加到电极116的 dc电压可致使被捕获在第二dc电极序列114b的上表面和/或纵向间隙 105上方的势阱内的离子、带电粒子等横穿轨迹，使得执行执行一个或多个 运输功能。
49.在各种实施方案中，施加到dc电极116的dc电压由一个或多个连接 的设备(例如，如图2和图11所示的控制器30等)经由引线控制。例 如，根据该至少一个离子、带电粒子等上的正电荷或负电荷，在特定离 子、带电粒子等附近施加到dc电极116的dc电压升高和/或降低，以使 特定离子、带电粒子等横贯期望的轨迹。例如，控制器30可控制电压驱动 器以使电压驱动器向dc电极116施加一系列直流电压(例如，经由集成开 关装置115)以生成时间相关的电势(例如，随时间演变的电势)，这使得 由离子捕获装置捕获和/或限制的离子、带电粒子等横穿期望的轨迹以执行 运输功能。
50.根据诸如至少一个离子、带电粒子等上的电荷和/或组合的电场和/或磁 场的形状和/或幅度之类的因素，该至少一个离子、带电粒子等可被稳定在 表面离子阱102的上表面(例如，dc电极序列114和一定长度的电极112 的共面上表面)上方的特定距离(例如，大约20μm至大约200μm)处。 为了进一步改进各种操作(例如，控制离子沿期望轨迹的转运)，在各种 实施方案中，表面离子阱/离子阱装置可在能够将离子阱冷却到低于124开 尔文(例如，低于100开尔文、低于50开尔文、低于10开尔文、低于5开 尔文等)的温度的低温室和/或真空室内操作。在各种实施方案中，离子阱 装置的集成开关装置被配置为在低温室和/或真空室内操作。
51.在各种实施方案中，rf电极112、电极序列114和/或由一定长度的电 极和/或电极序列114生成的限制势能限定离子阱的限制平面103。在各种 实施方案中，rf电极112、电极
序列114和/或由一定长度的电极和/或电极 序列114生成的限制势能限定离子阱的轴线101。在示例性实施方案中，离 子阱装置的rf零点(例如，通过将rf电压信号施加到rf电极112而生 成的赝势的零点线)基本上平行于轴线101并且位于限制平面103内。
52.在各种实施方案中，由离子阱装置100的表面离子阱102捕获和/或限 制的离子、带电粒子等经历由rf电极112生成的限制势能和由dc电极 116生成的dc势能。在各种实施方案中，限制势能(例如，赝势)通常用 于使表面离子阱102内的离子、带电粒子等在纵向间隙105内并且/或者沿 着离子阱轴线101对齐。例如，在示例性实施方案中，限制势能可为大致 管形和/或雪茄形以将原子对象限制在纵向间隙105内。在各种实施方案 中，在执行运输功能时，限制势能不改变。例如，在执行运输功能期间， 限制势能可相对于时间大致恒定。通过向dc电极116施加电压序列而生成 的dc势能被配置为使离子、带电粒子等移动通过组合势能(例如，由于 限制势能和dc势能的叠加而使离子、带电粒子等经历的势能)以执行运 输功能。例如，可将电压序列施加到dc电极116以在特定时间在特定位置 处引起组合势能(例如，势阱)的最小值，使得组合势能的最小值引导离 子、带电粒子等通过对应于运输功能的轨迹。
53.包括离子阱装置的示例性量子计算机
54.图2提供了根据示例性实施方案的示例性量子计算机系统200的示意 图，该量子计算机系统包括离子阱装置70(例如，诸如离子阱装置100、 300、400a、400b和/或500)，还包括集成开关装置75(例如，诸如集成 开关装置115、315、420a、420b和/或515)。在各种实施方案中，量子 计算机系统200包括计算实体10和量子计算机210。在各种实施方案中， 量子计算机210包括控制器30、包封离子阱装置70的低温室和/或真空室 40以及一个或多个操纵源60。在示例性实施方案中，一个或多个操纵源60 可包括一个或多个激光器(例如，光学激光器、微波源等)。在各种实施 方案中，一个或多个操纵源60被配置为操纵和/或使得离子阱和/或离子阱 装置70捕获和/或限制的一个或多个离子的受控量子态演进。例如，在示例 性实施方案中，其中一个或多个操纵源60包括一个或多个激光器，该激光 器可向低温室和/或真空室40内的离子阱70提供一个或多个激光束66a、 66b、66c。在各种实施方案中，量子计算机210包括一个或多个电压源 50。例如，电压源50可包括多个dc电压驱动器和/或电压源和/或至少一 个rf驱动器和/或电压源。电压源50可经由集成开关装置75电耦合到离 子阱装置70的对应dc电极和/或rf电极。
55.在各种实施方案中，计算实体10被配置为允许用户向量子计算机210 提供输入(例如，经由计算实体10的用户界面)并且从量子计算机210接 收输出、查看输出等。计算实体10可经由一个或多个有线或无线网络20 和/或经由直接的有线和/或无线通信与量子计算机210的控制器30进行通 信、联接或连接。在示例性实施方案中，计算实体10可将信息/数据、量子 计算算法等转换、配置、格式化等为控制器30可理解和/或实现的计算语 言、可执行指令、命令集等。
56.在各种实施方案中，控制器30被配置为控制电压源50、控制低温室 和/或真空室40内的温度和压力的低温系统和/或真空系统、操纵源60，和/ 或控制低温室和/或真空室40内的各种环境条件(例如，温度、压力等)和 /或被配置为操纵和/或引起离子阱装置100的表面离子阱102捕获和/或限制 的一个或多个离子、带电粒子等的量子态的受控演进的其他系统。在各种 实施方案中，捕获在表面离子阱102内的离子和/或带电粒子用作量子计
算 机210的量子比特。控制器30可电耦合到集成开关装置75，使得集成开关 装置75的控制部件(例如，开关)控制和/或调节施加到离子阱装置70的 控制电极(例如，dc电极和/或rf电极)的(例如，由电压源50生成 的)电压信号。例如，在示例性实施方案中，集成开关装置75的每个集成 开关对应于控制/dc电极。
57.示例性离子阱装置架构
58.在未来几代阱控制电子器件中，预期几乎所有主要控制电子器件都将 定位在低温环境内(例如，在低温室和/或真空室40内)，以便管理对每量 子比特的高控制电极数量的要求。低温室和/或真空室40内的控制电子器件 将需要开关和滤波操作。集成开关装置可用作用于实现更高阶功能的基础 构建块，从而减小低温室和/或真空室40和/或离子阱芯片外部和内部的电 子器件的总体积。本文所公开的各种配置中的基于单片集成场效应晶体管 (fet)的开关和电容器提供对离子阱装置(例如，具有表面离子阱的装 置)的dc电极信号开关和噪声减轻的用户控制。
59.在一些实施方案中，金属半导体场效应晶体管(mosfet)可在表面 阱制造期间与离子阱装置集成。此类开关可以以常规横向架构或借助于穿 硅通孔场效应晶体管(tsv-fet)结构来配置。tsv-fet方案解决了对当 前和未来几代阱的大量互连的需求。tsv-fet包括源极端子和漏极端子以 及用于电荷控制的栅极电极。由于制造工艺的性质，tsv-fet可容易地与 用于dc电极并联电容器的沟槽电容器结构集成。另外，与消耗横向区域 的横向fet配置相比，因为通过晶圆结构竖直取向，所以tsv-fet开关减 少了集成电子器件占用空间，因此释放了互连的空间和/或实现了互连的致 密化。
60.本文公开了集成tsv-fet开关的各种实施方案。在一些实施方案中， tsv-fet开关可以是控制电子器件的数模转换器(dac)输出端与dc电 极之间的单片集成串联连接的互连件。本实施方案实现了与dc电极的 dac受控瞬时断开连接的功能，以用于dac产生的噪声消除。此类系统 可消除由于控制电子器件引起的噪声，同时保持dc电极电压受到电极的 固有放电速率的限制。横向fet开关和/或tsv-fet配置中的栅极电极可 以是/包括光学驱动电极(例如，光耦合的光电晶体管)，从而提供更少的 直接电连接和uhv室馈通，以使控制最小化。例如，在各种实施方案中， 使用通过低温室和/或真空室40的窗口传输的光信号(例如，激光束)而不 是有线电压信号来驱动栅极电极。
61.在一些实施方案中，开关电容滤波器(例如，两个金属绝缘体金属电 容器、沟槽电容器等)集成(例如，单片制造)到晶圆中，并且tsv-fet 将一个电容器切换进出并联配置，从而改变低通滤波器的滚降(拐点)频 率。在此配置中，一个电容器始终保持在电路中，并且充当用于rf拾取的 电容分压(例如，用于将rf电压信号施加到rf电极和/或将dc电压序列 施加到dc电极)的主ac并联电容器。捕获的离子量子计算应用的可切换 滚降为需要明显带宽(例如，接近mhz)的快速运输操作提供第一滚降频 率，并且为较高灵敏度的操作提供第二较低频率滚降以使dac和放大器注 入的噪声最小化。
62.在一些实施方案中，提供了开关dc电极并联电容器配置。作为使必 须与低温室和/或真空室40外部的控制电子器件接口连接的附加控制互连件 的数量最小化的方式，光开关(诸如光隔离器的光选通晶体管部分)可被 集成为开关。此配置利用穿过低温室和/或真空室40中的视口45(例如， 45a、45b、45c)的光学通道作为到开关的控制互连。
63.在一些实施方案中，集成开关网络向dc电极提供过电压开关功能， 该功能实现用
于dc电极电压开关的单个输入控制逻辑功能。在示例性配 置中，集成fet开关的整体包括二极管时钟d触发器。电路以伪二进制实 施方式控制dc电极上的数据输入，其中在正常条件(即，v
dac
《v
th
) 下，来自dac的信号被传递到dc电极。当控制电压被驱动高于设定阈值 电压时，触发器锁存先前输入状态的输出持续规定时间段，在此期间可执 行选通(例如，量子逻辑门对一个或多个离子、带电粒子等的操作)和装 载(例如，将离子、带电粒子等装载到离子阱中)操作。当控制电压降至 低于阈值电压时，触发器返回到正常操作状态以用于运输(例如，将离 子、带电粒子等运输到离子阱内的不同位置)。
64.在一些实施方案中，提供了用于限制电压脉冲量值的二极管连接fet 配置。在一些实施方案中，tsv-fet的栅极-源极电容和栅极-漏极电容作 为穿硅电容器(tsc)可用于增加片上电极电容的密度。在一些实施方案 中，晶圆集成放大器(缓冲器、开关速度限定器等)可用于各个电极控 制。
65.示例性表面离子阱装置可包括电子基础设施系统，包括但不限于数模 转换器(dac)、存储器、放大、滤波、互连、分立控件等。电子基础设 施系统可包括离子阱装置的硬件的明显占用空间。
66.通常，电子基础设施系统(例如，包括被配置为提供、调节和/或控制 施加到控制电极/dc电极的电压信号的开关、二极管、电容器等)被配置 为从包含离子阱装置、表面离子阱/离子阱芯片的低温室和/或真空室的外部 操作，而离子阱装置可位于低温室和/或真空室的内部。
67.在此类系统中，为了限制由外部电子基础设施系统(例如，控制电子 器件)注入的噪声，可将附加部件(例如，多个电容式滤波器组)添加到 外部电子基础设施系统。由于来自外部电子基础设施系统的噪声，施加到 控制电极(例如，dc电极)以促进离子捕获/运输操作的电压信号可能需 要放大，从而产生甚至更高体积的外部电子基础设施系统，从而引入额外 的噪声。例如，为了减轻噪声(例如，施加到dc电极的运输电压序 列)，电压信号可能需要放大。由于此类放大，由电子基础设施系统的部 件(例如，多个电容式滤波器组)衰减的一些高频内容在操作(例如，离 子捕获和运输操作)期间可被放大。
68.在各种实施方案中，示例性离子阱装置可包括集成开关装置，该集成 开关装置包括控制/调节施加到dc电极的电压信号的一个或多个开关(例 如，场效应晶体管(fet)、二极管和/或电容器)。单片集成开关有利于 控制示例性离子阱装置的信号开关和噪声减轻。
69.示例性离子阱装置可包括集成开关装置，该集成开关装置包括多个控 制部件/开关。每个控制部件/集成开关可控制和/或调节施加到离子阱装置 的一个或多个dc电极的电压信号。集成开关可以是或包括各自与一个或 多个dc极相关联的一个或多个晶体管(例如，双极结型晶体管、金属氧 化物半导体场效应晶体管、金属半导体场效应晶体管(mosfet)、结型 栅极场效应晶体管、异质结型双极晶体管和高电子迁移率晶体管、npn晶 体管、pnp晶体管等)、二极管、电容器等。另外和/或另选地，多个控制 部件/开关可限定集成开关网络。集成开关网络可包括放大器、缓冲器、限 定器、传输门开关、基于逻辑的晶体管网络(例如，d触发器)等。例 如，集成开关装置可包括固定rf并联电容器，该电容器用作集成在电极互 连层下方的电容分压器，以减轻离子阱(例如，表面离子阱)的rf电极与 dc电极之间的ac耦合。
70.控制电子器件可与离子阱装置集成/集成在离子阱装置内，使得控制电 子器件形
成到dc电极的电压供应路径(即，电路)的一部分，从而为大 量子比特数量表面离子阱提供缩放路径。可实现各种配置，包括dc并联 电容器分压器、滤波器组、用户控制开关(例如，带宽调谐、基于施加到 dc电极的电压序列的源自dac的噪声消除)等。
71.在一些实施方案中，集成开关装置的至少一些控制部件/集成开关可以 通过离子阱装置的晶圆/内插器横向地(并排)配置。在一些实施方案中， 单片集成开关装置的至少一些单片集成开关可以穿过离子阱装置的晶圆/内 插器竖直地配置(例如，利用穿硅通孔场效应晶体管(tsv-fet)配 置)。例如，取决于期望的功能，单片集成tsv-fet可包括片上放大器或 开关。单片集成开关的竖直配置(诸如tsv-fet配置)进一步减小了整个 离子阱装置的占用空间。可使用包括用于互补开关的n沟道和p沟道、 jfet、mesffet、双极等的tsv-fet配置来提供各种类型的控制部件/集 成开关。
72.示例性fet可包括通过沟道与源极分开的漏极以及通过薄绝缘层与沟 道分开的栅极。在栅极处提供电压导致由电子/空穴携带的电流移动/流过源 极和漏极之间的沟道。断开该电压通过停止电子/空穴的流动来切断电流。
73.图6示出了可包括在离子阱装置中的tsv-fet结构600的示例性截面 视图。提供示意图是用于说明性目的，并非旨在进行限制。例如，应当理 解，集成开关装置的单个开关的描述可适用于集成开关装置中的多个此类 开关。如图所示，沟道/导电路径640从漏极610到源极620竖直地穿过晶 圆/内插器650。栅极电极620可同心地位于tsv-fet结构600的内部上。 栅极电极620可相对于源极620和漏极610为电容性的。离子阱装置可包 括多个tsv-fet。例如，多个tsv-fet可竖直地堆叠在离子阱装置的集成 开关装置中。离子阱装置中的电子基础设施、集成电路、芯片、处理器等 的部分可包括多个tsv-fet。
74.图7a至图7b、图8a至图8b、图9a至图9b和图10示出了被配置 为执行各种控制操作的集成开关装置的示例性配置。
75.图7a提供了用于集成开关装置的集成开关的示例性串联连接配置的 示意图，该集成开关装置包括电容器730和fet/开关720，该fet/开关被 配置为控制和/或调节施加到串联连接的dc电极710的电压信号。在各种 实施方案中，fet/开关720被单片地制造/集成到离子阱装置的硅晶圆/内插 器中。电容器730与离子阱装置的硅晶圆/内插器中的fet/开关720共集 成。在各种实施方案中，fet/开关被配置为用作离子阱装置的dc电极710 与外部控制器/控制电子器件dac输出之间的互连件。当电压信号被施加 到dc电极710时产生的势能可用于离子捕获和/或运输操作。源自外部控 制器/控制电子器件和/或离子阱装置外部的另一个源的噪声可通过暂时将 dc电极710与电路的其余部分断开连接来消除。因此，可消除噪声，同时 保持dc电极710的固有放电速率限制的dc电极电压。在示例性实施方案 中，fet/开关720的栅极电极被(例如，光耦合的光电晶体管)光学驱 动，使得需要更少的直接电连接和低温室和/或真空室40(例如，超高真空 室)馈通来经由fet/开关控制和/或调节到dc电极710的电压信号。fet/ 开关720可通过使光束(例如，由低温室和/或真空室40外部的激光器或其 他光源生成)(例如，经由视口45)入射在与fet/开关720电连通的光耦 合光电晶体管上或不入射在光耦合光电晶体管上在
‘
接通’配置(其中向 dc电极710提供电压信号)和
‘
关闭’配置(其中到dc电极710没有电 压信号)之间切换，反之亦然。
76.图7b示出了图7a的集成开关装置的集成开关的串联连接配置的时序 图。当到dc电极710的电压信号高于阈值和/或处于期望的幅值时，开关 720断开/断开连接，并且电容
器730保持/存储电压电势，使得来自外部控 制器/控制电子器件的噪声不会流入系统中和/或施加到dc电极。
77.图8a提供了用于集成开关装置的集成开关的示例性开关电容器滤波 器配置的示意图，该集成开关装置包括并联配置的两个电容器820、830和 fet/开关840，该fet/开关被配置为控制和/或调节施加到dc电极810的 电压信号。在各种实施方案中，电容器820、830是金属绝缘体金属 (mim)电容器、沟槽电容器等。在各种实施方案中，fet/开关840被单 片地制造/集成到离子阱装置的硅晶圆/内插器中。在示例性实施方案中，电 容器820、830与离子阱装置的硅晶圆/内插器内的fet/开关840被单片地 制造和/或共集成。在各种实施方案中，fet/开关840被配置为用作离子阱 装置的dc电极810与外部控制器/控制电子器件dac输出之间的互连件。 如图所示，一个电容器830可切换进出并联配置以改变滚降频率，从而实 现低通滤波器。另一个电容器820始终保持在电路中，并且充当用于rf拾 取的电容分压的主ac并联电容器。
78.图8b示出了图8a的开关电容器滤波器配置的模拟信号与频率滚降曲 线。当fet/开关840断开时，仅第一电容器820的电容在电路中，从而提 供第一滚降频率。当fet/开关840闭合时，电容器820、830两者的电容聚 合以提供第二滚降频率。在各种实施方案中，较高的滚降频率可用于需要 明显带宽(例如，接近mhz频率)的快速运输操作，并且较低的滚降频率 可用于较高灵敏度的操作(例如，以使来自外部控制器/控制电子器件dac 输出的噪声最小化)。
79.图9a提供了用于集成开关装置的集成开关的示例性集成电路/开关网 络配置的示意图，该集成开关装置包括dc电极910、电容器930和集成电 路920，该集成电路被配置为控制和/或调节施加到dc电极910的电压信 号。集成电路920可单片制造/集成到离子阱装置的硅晶圆/内插器中。电容 器930可与离子阱装置的硅晶圆/内插器内的集成电路920被单片地制造和/ 或共集成。集成电路920可用作离子阱装置的dc电极910与外部控制器/ 控制电子器件dac输出之间的互连件。如图所示，集成电路920可包括多 个晶体管(例如，十个晶体管)，这些晶体管限定二极管时钟d触发器以 提供过电压开关功能。在各种实施方案中，集成电路920可促进用于dc电 极电压切换的单个输入控制逻辑功能。在各种实施方案中，多个集成电路 920可与dc电极910相关联/联网。在一些实施方案中，集成电路920可根 据需要提供切换和/或电容功能。
80.图9b示出了图9a的集成电路/开关网络配置的时序图。dc电极910 上的数据输入可以以伪二进制实施方式来控制，其中在正常条件下v
dac
《 v
th
。当控制电压低于某个阈值时，来自dac的信号被传递到dc电极910。当控制电压高于阈值时，触发器锁存先前输入状态的输出持续规定时 间段，在此期间例如可执行离子选通和装载操作。当控制电压降至低于阈 值时，触发器返回到正常状态，从而促进离子运输操作。
81.图10示出了用于集成开关装置的集成开关的示例性单刀双掷 (spdt)互补金属氧化物半导体(cmos)开关1000。如图所示，spdt
‑ꢀ
cmos开关1000是包括p沟道mosfet 1010和n沟道mosfet 1030的模 拟开关，该模拟开关被配置为当开关“断开”时执行逻辑操作并且在其端 子处隔离设备，并且当开关“接通”时传导模拟信号和数字信号。
82.集成开关装置可包括提供附加功能的另选配置。例如，电压范围外开 关配置可包括用于限制电压脉冲量值的二极管连接fet布置。另外和/或另 选地，放大器(例如，缓冲
器、增益元件、开关速度限定器等)可被集成 用于单独控制dc电极。
83.技术优点
84.负责表面离子阱中的离子控制的电子基础设施由许多系统(dac、存 储器、放大、滤波、互连、分立等)构成，并且构成整个硬件系统的明显 占用空间。对于每新一代的表面阱，电极数量随着量子比特的数量相应地 增加，因此电子基础设施也相应地增加。此缩放问题的一般已知解决方案 是将子系统集成到真空/低温环境中，或更具体地讲集成到阱自身中。所有 电子器件系统的大规模集成可能是不可行的或不必要的，但是为了满足实 现可用量子体积的要求，集成所选辅助子系统将是必要的。
85.此缩放问题的相关示例是表面离子阱联接到真空室外部的电容式滤波 器组，该电容式滤波器组用于限制由控制电子器件注入的噪声。由于滤波 器组的这种级联，注入和/或施加到dc电极的运输电压序列必须被放大， 使得在产生附加噪声源的电路滤波器级和阱级(即，“预失真”)之前， 在滤波器级衰减的一些较高频率内容被放大。另外，当前集成在电极互连 层下方的固定rf并联电容器用作电容分压器以减轻rf电极和dc电极之 间的ac耦合。与离子阱相互作用的控制电子器件的这种聚集为未来的离 子阱控制电子器件(如果在此类配置下)提出了物理缩放困境。
86.基于此缩放前提，本公开的目的是提供用于通过将开关网络集成(例 如，单片集成)在离子阱和/或内插器层中来集成这些辅助电子系统的技术 解决方案。提供若干示例性子系统以展示与子系统联接的离子阱集成开关 如何实现必要的离子阱功能，同时减小电子基础设施的占用空间。
87.本公开中提出的集成开关配置提供了将多个功能集合到离子阱芯片中 并为大量子比特数量表面离子阱提供缩放路径的手段。这些功能包括dc 并联电容器分压器、外部滤波器组和用户控制开关，该用户控制开关能够 根据注入和/或施加到dc电极的期望电压序列实现带宽调谐和/或源自dac 的噪声消除。此外，取决于期望的应用，单片硅mosfet开关可用作片上 放大器或开关。
88.各种实施方案对技术问题提供了解决方案，解决方案提供具有外部和/ 或内部电子基础设施系统(例如，控制电子器件)的显著减小的体积的离 子阱装置。通过在离子阱装置和/或包装件内单片集成至少一些电子基础设 施系统，大大减小了整个电子基础设施系统的占用空间。在操作期间，典 型的离子阱装置可位于低温室和/或真空室中，而电子基础设施系统位于低 温室和/或真空室的外部，从而需要离子阱装置与外部环境之间的引线、线 和/或馈通。
89.示例性离子阱装置可包括限定单片集成开关装置的多个单片集成开关 (例如，fet、tsv-fet、集成电路和/或它们的组合)，该单片集成开关 装置被配置成控制和/或调节施加到离子阱装置的dc电极的电压信号。单 片集成解决方案将电子基础设施系统的部分结合到离子阱装置中，从而减 少内部/外部硬件的体积以及低温室和/或真空室与外部环境之间的线和馈通 的数量，同时减少来自电子基础设施系统的入射噪声。tsv-fet结构的实 施方式可实现附加优点，从而进一步减小电子基础设施系统的占用空间。 此外，利用光学驱动器作为低温室和/或真空室与外部环境之间的控制互连 件进一步减少了穿过低温室和/或真空室的线的数量以及来自电子基础设施 系统的入射噪声。
90.本文所公开的单片集成解决方案提供了将多个功能集合到离子阱装置 (例如，离
子阱芯片)中并为大量子比特数量表面阱提供缩放路径的手 段。这些功能包括能够根据注入dc电极上的期望波形进行带宽调谐和/或 源自dac的噪声消除的dc并联电容器分压器、滤波器组和用户控制开 关。此外，单片集成tsv-fet结构可用作实现更高阶功能的构建块，从而 减小离子阱装置内和外部的硬件/电子器件的总体积。
91.示例性控制器
92.在各种实施方案中，离子阱装置被结合到量子计算机中。在各种实施 方案中，量子计算机还包括被配置为控制量子计算机的各种元件的控制 器。例如，控制器可被配置为控制电压源、控制低温室和/或真空室内温度 和压力的低温系统和/或真空系统、操纵源，和/或控制低温室和/或真空室 内的环境条件(例如，温度、湿度、压力等)和/或被配置为操纵和/或导致 表面离子阱内一个或多个离子的量子态的受控演进的其他系统。
93.如图11所示，在各种实施方案中，控制器30可包括各种控制器元 件，包括处理元件1105、存储器1110、驱动器控制器元件1115、通信接口 1120、模数转换器元件1125等。例如，处理元件1105可包括可编程逻辑 设备(cpld)、微处理器、协处理实体、专用指令集处理器(asip)、集 成电路、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、可编程 逻辑阵列(pla)、硬件加速器、其他处理设备和/或电路等和/或控制器。 术语电路可指完全硬件实施方案或硬件和计算机程序产品的组合。在示例 性实施方案中，控制器30的处理元件1105包括时钟并且/或者与时钟进行 通信。
94.例如，存储器1110可包括非暂态存储器，诸如易失性和/或非易失性 存储器存储装置。在各种实施方案中，存储器1110可存储对应于量子计算 机的量子比特的量子比特记录(例如，存储在量子比特记录数据存储库、 量子比特记录数据库、量子比特记录表等中)、校准表、可执行队列、计 算机程序代码(例如，一个或多个计算机语言、专用控制器语言等)等。 在示例性实施方案中，存储在存储器1110中的计算机程序代码的至少一部 分的执行(例如，通过处理元件1105)使控制器30执行本文描述的用于对 离子阱装置的dc电极施加受控和/或调节的电压序列以执行一个或多个步 骤、操作、过程、程序等。
95.在各种实施方案中，驱动器控制器元件1115可包括一个或多个驱动器 和/或各自被配置为控制一个或多个驱动器的控制器元件。在各种实施方案 中，驱动器控制器元件1115可包括驱动器和/或驱动器控制器。例如，驱动 器控制器可被配置为导致一个或多个对应驱动器根据由控制器30(例如， 由处理元件1105)调度和执行的可执行指令、命令等被操作。在各种实施 方案中，驱动器控制器元件1115可使得控制器30能够操作操纵源60。在 各种实施方案中，驱动器可为激光驱动器；真空部件驱动器；用于控制施 加到dc、rf和/或用于保持和/或控制表面离子阱102的离子捕获势能的其 他电极的电流和/或电压的流动的驱动器；用于光学和/或电子地控制集成开 关装置的一个或多个开关的驱动器；低温和/或真空系统部件驱动器；等 等。例如，驱动器可控制和/或包括dc和/或rf电压驱动器和/或向dc电 极116和/或一定长度的电极112提供电压和/或电信号的电压源。在各种实 施方案中，控制器30包括用于从一个或多个光学接收器部件(诸如相机、 mem相机、ccd相机、光电二极管、光电倍增管等)传送和/或接收信号 的器件。例如，控制器30可包括被配置为从一个或多个光学接收器部件、 校准传感器等接收信号的一个或多个模数转换器元件1125。
96.在各种实施方案中，控制器30可包括用于与计算实体10交互和/或通 信的通信接口1120。例如，控制器30可包括通信接口1120以用于从计算 实体10接收可执行指令、命令
集等，并且向计算实体10提供从量子计算 机210(例如，从光学收集系统)接收的输出和/或处理输出的结果。在各 种实施方案中，计算实体10与控制器30可经由直接的有线和/或无线连接 和/或一个或多个有线和/或无线网络20进行通信。
97.示例性计算实体
98.图12提供了可结合本发明的实施方案使用的示例性计算实体10的例 示性示意表示。在各种实施方案中，计算实体10被配置为允许用户向量子 计算机210提供输入(例如，经由计算实体10的用户界面)并且从量子计 算机210接收、显示、分析等输出。
99.通常，术语计算实体、计算机、实体、设备、系统和/或本文中可互换 地使用的类似词语可指例如一个或多个计算机、计算实体、台式计算机、 移动电话、平板电脑、平板手机、笔记本电脑、膝上型计算机、分布式系 统、信息亭、输入终端、服务器或服务器网络、刀片服务器、网关、交换 机、处理设备、处理实体、机顶盒、继电器、路由器、网络接入点、基站 等，和/或适于执行本文所述的功能、操作和/或过程的设备或实体的任何组 合。此类功能、操作和/或过程可包括例如传输、接收、操作、处理、显 示、存储、确定、创建/生成、监测、评估、比较和/或可在本文中互换使用 的类似术语。在一个实施方案中，这些功能、操作和/或过程可对数据、内 容、信息和/或可在本文中互换使用的类似术语执行。
100.如图12所示，系统计算实体10还可包括用于诸如通过传送可被传 输、接收、操作、处理、显示、存储等的数据、内容、信息和/或在本文中 可互换使用的类似术语与各种计算实体通信的一个或多个通信接口1220。
101.在一些实施方案中，系统计算实体10可包括一个或多个处理元件 1205(在本文中也称为处理器、处理电路和/或可互换使用的类似术语)或 与该一个或多个处理元件进行通信，该一个或多个处理元件经由例如总线 与系统计算实体10内的其他元件通信。应当理解，处理元件1205可以多 种不同的方式体现。
102.因此应当理解，处理元件1205可被配置用于特定用途或被配置为执行 存储在易失性或非易失性介质中或处理元件1205可以其他方式访问的指 令。因此，无论是由硬件还是由计算机程序产品配置，还是由它们的组合 配置，当相应地配置时，处理元件1205可以能够执行根据本发明的实施方 案的步骤或操作。
103.在一个实施方案中，系统计算实体10还可包括非易失性介质(在本文 中也称为非易失性存储装置、存储器、存储器存储装置、存储器电路和/或 可互换使用的类似术语)或与非易失性介质通信。在一个实施方案中，非 易失性存储装置或存储器可包括一个或多个非易失性存储装置或存储器介 质1210。如将认识到的，非易失性存储装置或存储器介质可存储数据库、 数据库实例、数据库管理系统实体、数据、应用程序、程序、程序模块、 脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代码、解译代码、机器代码、 可执行指令等。
104.在一个实施方案中，计算实体10还可包括易失性介质(在本文中也称 为非易失性存储装置、存储器、存储器存储装置、存储器电路和/或可互换 使用的类似术语)或与易失性介质通信。在一个实施方案中，易失性存储 装置或存储器还可包括一个或多个易失性存储装置或存储器介质1215。如 将认识到的，易失性存储装置或存储器介质可用于存储由例如处理元件 1205执行的数据库的至少部分、数据库实例、数据库管理系统、数据、应 用程序、程序、程序模块、脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代 码、解译代码、机器代码、可执行指令等。因此，数据库、数据库实例、 数据库管理系统、数据、应用程序、程序、程序模
块、脚本、源代码、目 标代码、字节代码、编译代码、解译代码、机器代码、可执行指令等可用 于在处理元件1205和操作系统的帮助下控制系统计算实体10的操作的某 些方面。
105.如所指出的那样，在一个实施方案中，系统计算实体10还可包括用于 诸如通过传送可被传输、接收、操作、处理、显示、存储等的数据、内 容、信息和/或在本文中可互换使用的类似术语与各种计算实体通信的一个 或多个通信接口。类似地，计算实体10可被配置为使用多种协议中的任何 协议经由无线客户端通信网络进行通信。
106.尽管未示出，但计算实体10可包括一个或多个输入元件(诸如键盘输 入、鼠标输入、触摸屏/显示器输入、运动输入、移动输入、音频输入、指 点设备输入、操纵杆输入、小键盘输入等)或与该一个或多个输入元件通 信。计算实体10还可包括一个或多个输出元件(未示出)(诸如音频输 出、视频输出、屏幕/显示器输出、运动输出、移动输出等)或与该一个或 多个输出元件通信。
107.结论
108.本发明所属领域的技术人员在受益于前述描述和相关附图中呈现的教 导之后，将想到本文所阐述的本发明的许多修改和其他实施方案。因此， 应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方案，并且修改和其他实施方 案旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定术语，但它们 仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。