Name: experimental methods for trapping ions using microfabricated surface ion traps
Uploaded: 2017-08-17T14:00:00
Duration: 11 min 45 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps at JoVE.com

Dit onderzoek werd slechts gedeeltelijk ondersteund door het ministerie van wetenschap, ICT, en toekomst Planning (MSIP), Korea, onder de informatie technologie Research Center (ITRC) ondersteuning programma (IITP-2017-2015-0-00385) en de ICT-R &#38; D programma (10043464, ontwikkeling van Quantum repeater technologie voor de toepassing op communicatiesystemen), begeleid door het Instituut voor informatie &#38; communicatie technologie promotie (IITP).

<ol>
	<li>Wineland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nobel+Lecture:+Superposition,+entanglement,+and+raising+Schr&#246;dinger's+cat.">Nobel Lecture: Superposition, entanglement, and raising Schr&#246;dinger's cat.</a> Rev Mod Phys. 85 (3), 1103 (2013).</li><li>Blatt, R., Wineland, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entangled+states+of+trapped+atomic+ions.">Entangled states of trapped atomic ions.</a> Nature. 453 (7198), 1008-1015 (2008).</li><li>Leibfried, D., Blatt, R., Monroe, C., Wineland, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+dynamics+of+single+trapped+ions.">Quantum dynamics of single trapped ions.</a> Rev Mod Phys. 75 (1), 281 (2003).</li><li>Paul, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic+traps+for+charged+and+neutral+particles.">Electromagnetic traps for charged and neutral particles.</a> Rev Mod Phys. 62 (3), 531 (1990).</li><li>Rosenband, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+ratio+of+Al++and+Hg++single-ion+optical+clocks;+metrology+at+the+17th+decimal+place.">Frequency ratio of Al+ and Hg+ single-ion optical clocks; metrology at the 17th decimal place.</a> Science. 319 (5871), 1808-1812 (2008).</li><li>Dawson, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Quadrupole mass spectrometry and its applications. , (2013).</li><li>Ladd, T. D., Jelezko, F., Laflamme, R., Nakamura, Y., Monroe, C., O'Brien, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+computers.">Quantum computers.</a> Nature. 464 (7285), 45-53 (2010).</li><li>Monz, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+a+scalable+Shor+algorithm.">Realization of a scalable Shor algorithm.</a> Science. 351 (6277), 1068-1070 (2016).</li><li>Debnath, S., Linke, N. M., Figgatt, C., Landsman, K. A., Wright, K., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+a+small+programmable+quantum+computer+with+atomic+qubits.">Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits.</a> Nature. 536 (7614), 63-66 (2016).</li><li>Blatt, R., Roos, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+simulations+with+trapped+ions.">Quantum simulations with trapped ions.</a> Nature Phys. 8 (4), 277-284 (2012).</li><li>Kielpinski, D., Monroe, C., Wineland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Architecture+for+a+large-scale+ion-trap+quantum+computer.">Architecture for a large-scale ion-trap quantum computer.</a> Nature. 417 (6890), 709-711 (2002).</li><li>Moehring, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+fabrication+and+experimental+demonstration+of+junction+surface+ion+traps.">Design, fabrication and experimental demonstration of junction surface ion traps.</a> New J Phys. 13 (7), 075018 (2011).</li><li>Wright, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliable+transport+through+a+microfabricated+X-junction+surface-electrode+ion+trap.">Reliable transport through a microfabricated X-junction surface-electrode ion trap.</a> New J Phys. 15 (3), 033004 (2013).</li><li>Amini, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+scalable+ion+traps+for+quantum+information+processing.">Toward scalable ion traps for quantum information processing.</a> New J Phys. 12 (3), 033031 (2010).</li><li>Sterling, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+operation+of+a+two-dimensional+ion-trap+lattice+on+a+high-voltage+microchip.">Fabrication and operation of a two-dimensional ion-trap lattice on a high-voltage microchip.</a> Nat Commun. 5, (2014).</li><li>Kumph, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Operation+of+a+planar-electrode+ion-trap+array+with+adjustable+RF+electrodes.">Operation of a planar-electrode ion-trap array with adjustable RF electrodes.</a> New J Phys. 18 (2), 023047 (2016).</li><li>Mielenz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arrays+of+individually+controlled+ions+suitable+for+two-dimensional+quantum+simulations.">Arrays of individually controlled ions suitable for two-dimensional quantum simulations.</a> Nat Commun. 7, (2016).</li><li>Stick, D., Hensinger, W. K., Olmschenk, S., Madsen, M. J., Schwab, K., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+trap+in+a+semiconductor+chip.">Ion trap in a semiconductor chip.</a> Nat Phys. 2 (1), 36-39 (2006).</li><li>Harty, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-fidelity+preparation,+gates,+memory,+and+readout+of+a+trapped-ion+quantum+bit.">High-fidelity preparation, gates, memory, and readout of a trapped-ion quantum bit.</a> Phys Rev Lett. 113 (22), 220501 (2014).</li><li>Cho, D., Hong, S., Lee, M., Kim, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+silicon+microfabricated+ion+traps+for+quantum+information+processing.">A review of silicon microfabricated ion traps for quantum information processing.</a> Micro Nano Sys Lett. 3 (1), 1-12 (2015).</li><li>Weidt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapped-ion+quantum+logic+with+global+radiation+fields.">Trapped-ion quantum logic with global radiation fields.</a> Phys Rev Lett. 117 (22), 220501 (2016).</li><li>Monroe, C., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+the+ion+trap+quantum+processor.">Scaling the ion trap quantum processor.</a> Science. 339 (6124), 1164-1169 (2013).</li><li>Brown, K. R., Kim, J., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Co-designing+a+scalable+quantum+computer+with+trapped+atomic+ions.">Co-designing a scalable quantum computer with trapped atomic ions.</a> npj Quantum Inf. 2, 16034 (2016).</li><li>Lekitsch, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blueprint+for+a+microwave+trapped-ion+quantum+computer.">Blueprint for a microwave trapped-ion quantum computer.</a> Science Adv. 3 (2), e1601540 (2017).</li><li>Reichel, J., Vuletic, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Atom chips. , (2011).</li><li>Ghosh, P. K., ed, ,. 1. s. t. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ion Traps. , (1995).</li><li>Wesenberg, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatics+of+surface-electrode+ion+traps.">Electrostatics of surface-electrode ion traps.</a> Phys Rev A. 78 (6), 063410 (2008).</li><li>House, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analytic+model+for+electrostatic+fields+in+surface-electrode+ion+traps.">Analytic model for electrostatic fields in surface-electrode ion traps.</a> Phys Rev A. 78 (3), 033402 (2008).</li><li>Hong, S., Lee, M., Cheon, H., Kim, T., Cho, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidelines+for+Designing+Surface+Ion+Traps+Using+the+Boundary+Element+Method.">Guidelines for Designing Surface Ion Traps Using the Boundary Element Method.</a> Sensors. 16 (5), 616 (2016).</li><li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implementation+of+a+symmetric+surface-electrode+ion+trap+with+field+compensation+using+a+modulated+Raman+effect.">Implementation of a symmetric surface-electrode ion trap with field compensation using a modulated Raman effect.</a> New J Phys. 12 (5), 053026 (2010).</li><li>Chiaverini, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-electrode+architecture+for+ion-trap+quantum+information+processing.">Surface-electrode architecture for ion-trap quantum information processing.</a> Quantum Inf Comput. 5 (6), 419-439 (2005).</li><li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heating+rate+and+electrode+charging+measurements+in+a+scalable,+microfabricated,+surface-electrode+ion+trap.">Heating rate and electrode charging measurements in a scalable, microfabricated, surface-electrode ion trap.</a> Appl Phys B. 107 (4), 913-919 (2012).</li><li>. Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap Available from: <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1008.0990">https://arxiv.org/abs/1008.0990</a> (2010)</li><li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+of+heating+rate+in+a+microfabricated+ion+trap+by+pulsed-laser+cleaning.">Reduction of heating rate in a microfabricated ion trap by pulsed-laser cleaning.</a> New J Phys. 13 (12), 123023 (2011).</li><li>Mount, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+qubit+manipulation+in+a+microfabricated+surface+electrode+ion+trap.">Single qubit manipulation in a microfabricated surface electrode ion trap.</a> New J Phys. 15 (9), 093018 (2013).</li><li>Siverns, J. D., Simkins, L. R., Weidt, S., Hensinger, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+application+of+radio+frequency+voltages+to+ion+traps+via+helical+resonators.">On the application of radio frequency voltages to ion traps via helical resonators.</a> Appl Phys B. 107 (4), 921-934 (2012).</li><li>Kleinert, M., Dahl, M. E. G., Bergeson, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+Yb+I+1S0&#8722;1P1+transition+frequency+at+399+nm+using+an+optical+frequency+comb.">Measurement of the Yb I 1S0&#8722;1P1 transition frequency at 399 nm using an optical frequency comb.</a> Phys Rev A. 94 (5), 052511 (2016).</li><li>Olmschenk, S., Younge, K. C., Moehring, D. L., Matsukevich, D. N., Maunz, P., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manipulation+and+detection+of+a+trapped+Yb++hyperfine+qubit.">Manipulation and detection of a trapped Yb+ hyperfine qubit.</a> Phys Rev A. 76 (5), 052314 (2007).</li><li>Sansonetti, J. E., Martin, W. C., Young, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Basic Atomic Spectroscopic Data. , (2013).</li><li>Kern, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Thin film processes II. , (2012).</li><li>Streed, E. W., Weinhold, T. J., Kielpinski, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+stabilization+of+an+ultraviolet+laser+to+ions+in+a+discharge.">Frequency stabilization of an ultraviolet laser to ions in a discharge.</a> Appl Phys Lett. 93 (7), 071103 (2008).</li></ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Deze paper gepresenteerd een methode voor overvullen ionen met microfabricated oppervlak ion vallen. De bouw van een ion overlapping systeem vereist ervaringen in verschillende onderzoeksgebieden maar eerder niet in detail zijn beschreven. In deze paper wordt gedetailleerde procedures voorzien door microfabricating een val chip alsook wat betreft de bouw van een experimentele opstelling voor het overvullen van ionen voor de eerste keer. Dit papier ook verstrekt gedetailleerde procedures voor overvullen 174Yb+ -ionen en experimenteren met gevangen ionen.
Een belangrijk obstakel geconfronteerd in de procedures van de microfabrication is de afzetting van de diëlektrische laag, met een dikte van meer dan 10 µm. Tijdens de afzetting van de dikke diëlektrische laag, kan resterende stress opbouwen, die kan leiden tot schade aan de diëlektrische film of zelfs breken de wafer. Om de resterende stress, dat over het algemeen druksterkte is, moet een langzame afzetting tarief gebruikte40. In ons geval, werd een drukspanning van 110.4 MPa gemeten met de voorwaarden van de depositie van 540 sccm SiH4 gasstroom, 140 W van RF power en 1.9 Torr druk op 5-µm laagdikte. Deze proces-voorwaarden evenwel alleen een ruwe verwijzing, omdat deze voorwaarden aanzienlijk voor verschillende apparatuur variëren kunnen. Ter beperking van de gevolgen van de opgehoopte spanning, werden 3,5 µm dik SiO2 films gestort alternatingly aan beide zijden van het zegel in de onderhavige methode. De benodigde dikte van de diëlektrische laag kan worden verminderd als een kleinere RF spanning amplitude en vandaar een ondieper val diepte is gekozen. Een ondieper val diepte leidt echter gemakkelijk tot het ontsnappen van gevangen ionen, waardoor de fabricage van dikkere diëlektrische lagen, die bestand zijn tegen hogere RF spanningen, meer wenselijk is.
Er zijn enkele beperkingen aan de fabricage methode gepresenteerd in dit document. De lengtes van de overhangen volstaan niet om volledig verbergen de diëlektrische zijwanden van de gevangen ionen, zoals weergegeven in figuur 7f. Bovendien zijn de zijwanden van de oxide pijlers gekarteld, verhoging van het blootgestelde gebied van de diëlektrische zijwanden ten opzichte van de verticale oxide pijler. In het geval van de zijwand van de innerlijke DC spoor in de buurt van de sleuf laden met een uniforme overstek van 5 µm, wordt bijvoorbeeld berekend dat 33% van het niet-geleidend oppervlak wordt blootgesteld aan de gevangen ion-positie van de verticale zijkant aangegeven spanningsindex. In het geval van gekarteld-rand, is meer dan 70% van de oppervlakte van de zijwand blootgesteld. De resultaten van deze niet-ideale fabricage extra verdwaalde velden uit de blootgestelde diëlektrica kunnen veroorzaken, maar de effecten zijn niet kwantitatief gemeten. De verzonnen chip zoals gerapporteerd hierboven is echter met succes gebruikt in ion overlapping en qubit manipulatie experimenten. Bovendien heeft de chip van de trap gepresenteerd in deze paper silicon zijwanden in de buurt van de sleuf laden blootgelegd. Native oxide kan groeien op de oppervlakken van silicium en kan resulteren in extra verdwaalde velden. Daarom is het aanbevolen om bescherming van het substraat van silicium met een extra metalen laag, net als in33.
Voor het overvullen van 174Yb+ ionen, de frequenties van de lasers binnen enkele tientallen MHz moeten worden gestabiliseerd, en een paar verschillende methoden worden besproken in geavanceerde opstellingen38,41. Echter, voor de eenvoudige configuratie in dit Groenboek besproken eerste overlapping is mogelijk alleen met stabilisatie met behulp van een golflengte meter.
Dit document verstrekt een protocol voor het overvullen van 174Yb+ ionen met behulp van een microfabricated oppervlak ion-trap chip. Hoewel het protocol voor het overlappen van 171Yb+ ionen is niet specifiek aan de orde, kan de experimentele opstelling in dit artikel wordt beschreven ook worden gebruikt voor de overlapping van 171Yb+ ionen en te manipuleren de qubit staat van de 171 Yb+ ionen Rabi trilling om resultaten te verkrijgen (Zie Figuur 10). Dit kan worden gedaan door het toevoegen van verschillende optische modulatoren op de uitgang van de lasers en met behulp van een magnetron setup, zoals beschreven in het Aanvullend Document.
Kortom, kunnen de experimentele methoden en de resultaten gepresenteerd in dit document worden gebruikt om verschillende quantum informatietoepassingen met behulp van oppervlakte ion vallen te ontwikkelen.

Een val van Paul geladen deeltjes, met inbegrip van ionen in de lege ruimte, met behulp van een combinatie van een statische elektrische veld en een wisselende veldsterkte oscillerende op radiofrequentie (RF), kan beperken en de kwantumtoestanden van de ionen in de val opgesloten kan worden gemeten en gecontroleerd1,2,3. Die ion vallen waren oorspronkelijk ontwikkeld voor nauwkeurige meting, met inbegrip van optische klokken en massaspectrometrie4,5,6. In de afgelopen jaren hebben deze ion vallen ook actief onderzocht als een fysieke platform om de quantum informatieverwerking aan de wenselijke kenmerken van gevangen ionen, zoals lange samenhang times, ideale isolatie in een ultra-hoge toegeschreven vacuüm (UHV) omgeving, alsmede de uitvoerbaarheid van individuele qubit manipulatie7,8,9,10. Sinds Kielpinski et al. 11 voorgesteld een schaalbare ion-trap-architectuur die kan worden gebruikt voor het ontwikkelen van quantum computers, verschillende soorten oppervlak vallen, met inbegrip van junction vallen12,13, multi-zone val chips14en 2D-matrix traps15,16,17, zijn ontwikkeld met behulp van halfgeleider proces afkomstige microfabrication methoden18,19,20,21 . Grootschalige quantum informatieverwerkingssystemen gebaseerd op het oppervlak vallen ook zijn besproken22,23,24.
Dit document stelt experimentele methoden voor overvullen ionen met microfabricated oppervlak ion vallen. Meer in het bijzonder, een procedure voor het fabriceren van oppervlakte ion vallen en een gedetailleerde procedure voor overvullen ionen met behulp van de gefabriceerde vallen worden beschreven. Daarnaast vindt u gedetailleerde beschrijvingen van diverse praktische technieken voor het opzetten van het experimentele systeem en overvullen van ionen in het Aanvullend Document.
De methodologie voor microfabricating een oppervlakte ion trap wordt gegeven in stap 1. Figuur 1 toont een vereenvoudigde schema van een oppervlakte ion trap. De elektrische velden die worden gegenereerd door de spanning toegepast op de elektroden op het dwarsvlak staan ook25. Een RF-spanning wordt toegepast op het paar van RF de elektroden, terwijl alle andere elektroden worden gehouden op RF ground; de ponderomotive potentiële26 gegenereerd door de RF-spanning beperkt de ionen op de radiale richting. De spanning van de gelijkstroom (DC) toegepast op de elektroden van de meerdere DC buiten de RF-elektroden beperken de ionen op de lengterichting. De innerlijke rails tussen de RF-elektroden zijn ontworpen om te helpen met het kantelen van de belangrijkste assen van het totale potentieel in het dwarsvlak. De methodologie voor het ontwerpen van een set van DC spanning is in het Aanvullend Documentopgenomen. Meer details voor het ontwerpen van de essentiële geometrische parameters voor oppervlakte ion-trap chips kunnen daarnaast worden gevonden in27,28,29,30,31.
De fabricage methode ingevoerd in stap 1 is ontworpen gelet op de volgende aspecten. Ten eerste moet de diëlektrische laag tussen de laag van de elektrode en de grond voldoende dik om te voorkomen dat elektrische verdeling tussen de lagen. In het algemeen moet de dikte over 10µm. Tijdens de afzetting van de dikke diëlektrische laag kan de resterende stress uit de gedeponeerde films buigen van het substraat of de schade aan de gedeponeerde films. Dus, beheersing van de resterende stress is één van de belangrijkste technieken in de fabricage van de oppervlakte ion vallen. Ten tweede moet de blootstelling van de diëlektrische oppervlakken naar de positie van de ion worden geminimaliseerd, omdat verdwaalde heffingen op de niet-geleidend materiaal kunnen worden opgewekt door verspreide ultraviolette (UV) lasers, die in de resultaten van de draai in een willekeurige verschuiving van ion positie. De blootgestelde gebied kan worden verminderd door het ontwerpen van de overhang elektrode structuren. Er werd gemeld dat ion traps met elektrode overhangen resistent zijn tegen het opladen in typische experimentele omstandigheden32oppervlak. Derde, alle materialen, met inbegrip van diverse gedeponeerde films, moeten kunnen weerstaan van 200 ° C bakken voor ongeveer 2 weken, en het bedrag van de explosieve uit alle materialen moeten verenigbaar zijn met UHV omgevingen. Het ontwerp van de oppervlakte ion-trap chips microfabricated in dit document is gebaseerd op het ontwerp van de val van33, die met succes in verschillende experimenten32,33,34, gebruikt werd 35. opmerking dat dit ontwerp een sleuf in het midden van de chip bevat voor het laden van neutrale atomen, die later zijn foto-geïoniseerd voor overvulling.
Na de fabricage van de ion-trap-chip, is de chip gemonteerd en elektrisch verbonden met de chip vervoerder met gouden hechting draden. De chip vervoerder wordt vervolgens geïnstalleerd in een UHV kamer. Een gedetailleerde procedure voor het voorbereiden van een pakket van de spaander val en het ontwerp van de UHV kamer vindt u in het Aanvullend Document.
Voorbereiding van de optische en elektrische apparatuur, alsmede de experimentele procedures voor overvullen ionen, worden toegelicht in detail in stap 2. De ionen gevangen door de potentiële ponderomotive zijn over het algemeen onderworpen aan de schommelingen van de omliggende veldsterkte, die voortdurend de gemiddelde kinetische energie van de ionen stijgt. Laser koeling op basis van Doppler shift kan worden gebruikt voor het verwijderen van de overtollige energie uit de beweging van de ionen. Figuur 2 toont de vereenvoudigde energieniveau diagrammen voor een 174Yb+ -ion en een neutrale 174Yb-atoom. Doppler koeling van 174Yb+ ionen vereist een laser 369.5-nm en een laser 935-nm, terwijl foto-ionisatie van neutrale 174Yb atomen een 399-nm laser vereist. Stap 2.2 en 2.3 beschrijven een efficiënte methode voor het uitlijnen van deze lasers aan de oppervlakte ion-trap-chip en een procedure om te vinden van de juiste voorwaarden voor foto-ionisatie. Nadat de optische en elektrische componenten zijn voorbereid, is overvulling ionen relatief eenvoudig. De volgorde van de experimentele voor overvullen ionen wordt gepresenteerd in stap 2.4.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1425">
	<tbody>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">photoresist used for 2-&#956;m spin coating</td>
			<td style="width:123px;">AZ Materials</td>
			<td style="width:381px;">AZ7220</td>
			<td style="width:629px;">Discontinued. Easily replaced by other alternative photoresist product.</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">photoresist used for 6-&#956;m spin coating</td>
			<td>AZ Materials</td>
			<td>AZ4620</td>
			<td>Discontinued. Easily replaced by other alternative photoresist product.</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ceramic chip carrier</td>
			<td>NTK</td>
			<td>IPKX0F1-8180BA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">epoxy compound</td>
			<td>Epotek</td>
			<td>353ND</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:293px;">Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system</td>
			<td style="width:123px;">Oxford Instruments</td>
			<td style="width:381px;">PlasmaPro System100</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="56">
			<td height="56" style="height:56px;width:293px;">Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system</td>
			<td style="width:123px;">Centrotherm</td>
			<td style="width:381px;">E-1200</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Furnace</td>
			<td style="width:123px;">Seltron</td>
			<td style="width:381px;">SHF-150</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Sputter</td>
			<td style="width:123px;">Muhan Vacuum</td>
			<td style="width:381px;">MHS-1500</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Manual aligner</td>
			<td style="width:123px;">Karl-Suss</td>
			<td style="width:381px;">MA-6</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Deep Si etcher</td>
			<td style="width:123px;">Plasma-Therm</td>
			<td style="width:381px;">SLR-770-10R-B</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="53">
			<td height="53" style="height:53px;width:293px;">Inductive coupled plasma (ICP) etcher</td>
			<td style="width:123px;">Oxford Instruments</td>
			<td style="width:381px;">PlasmaPro System100 Cobra</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Reactive ion etching (RIE) etcher</td>
			<td style="width:123px;">Applied Materials</td>
			<td style="width:381px;">P-5000</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Boundary element method (BEM) software</td>
			<td style="width:123px;">CPO Ltd.</td>
			<td style="width:381px;">Charged Particle Optics</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Single crystaline (100) silicon wafer</td>
			<td style="width:123px;">STC</td>
			<td style="width:381px;">4SWP02</td>
			<td style="width:629px;">100 mm / (100) / P-type / SSP / 525&#177;25 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">metal tubes</td>
			<td>Mcmaster-carr</td>
			<td>89935K69</td>
			<td>316 Stainless Steel Tubing, 0.042&#34; OD, 0.004&#34; Wall Thickness</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Yb piece</td>
			<td>Goodfellow</td>
			<td style="width:381px;">YB005110</td>
			<td>Ytterbium wire, purity 99.9%</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">enriched 171Yb</td>
			<td>Oak Ridge National Laboratory</td>
			<td>Yb-171</td>
			<td>https://www.isotopes.gov/catalog/product.php?element=Ytterbium</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">tantalum foil</td>
			<td>The Nilaco Corporation</td>
			<td>TI-453401</td>
			<td>0.25x130x100mm 99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Kapton-insulated copper wire</td>
			<td>Accu-glass</td>
			<td>18AWG (silver plated copper wire kapton insulted)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">residual gas analyzer (RGA)</td>
			<td>SRS</td>
			<td>RGA200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">turbo pump</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>Twistorr84 FS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">all-metal valve</td>
			<td>KJL</td>
			<td>manual SS All-Metal Angle Valves (CF flanged)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Leak detector (used as a rough pump)</td>
			<td>Varian</td>
			<td>PD03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ion gauges</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>UHV-24p</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ion pump</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>VacIon Plus 20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">NEG pump</td>
			<td>SAES Getters</td>
			<td>CapaciTorr D400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">spherical octagon</td>
			<td>Kimball Physics</td>
			<td>MCF600-SphOct-F2C8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ZIF socket</td>
			<td>Tactic Electronics</td>
			<td>P/N 100-4680-002A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">multi-pin feedthroughs</td>
			<td>Accu-Glass</td>
			<td>6-100531</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">25 D-sub gender adapters</td>
			<td>Accu-Glass</td>
			<td>104101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Recessed viewport</td>
			<td>Culham Centre for Fusion Energy</td>
			<td style="width:381px;">100CF 316LN+20.9 Re-Entrant 316 (Custom order)</td>
			<td style="width:629px;">Disc material: 60cv Fused Silica 4mm THK, TWE Lambda 1/10, 20/10 Scratch-Dig</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Recessed viewport AR coating</td>
			<td style="width:123px;">LaserOptik</td>
			<td style="width:381px;">AR355nm/0-6&#176; HT370-650nm/0-36&#176; on UHV (Custom order)</td>
			<td style="width:629px;">AR coating was performed in the middle of the fabrication of the recessed viewport</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Digital-analog converter</td>
			<td style="width:123px;">AdLink</td>
			<td style="width:381px;">PCIe-6216V-GL</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">369.5nm laser</td>
			<td style="width:123px;">Toptica</td>
			<td style="width:381px;">TA-SHG Pro</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">369.5nm laser</td>
			<td style="width:123px;">Moglabs</td>
			<td style="width:381px;">ECD004 + 370LD10 + DLC102/HC</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">399nm laser</td>
			<td style="width:123px;">Toptica</td>
			<td style="width:381px;">DL 100</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">935nm laser</td>
			<td style="width:123px;">Toptica</td>
			<td style="width:381px;">DL 100</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">369.5nm &#38; 399nm optical fiber</td>
			<td style="width:123px;">Coherent</td>
			<td style="width:381px;">NUV-320-K1</td>
			<td style="width:629px;">Patch cables are connectorized by Costal Connections.</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">935nm optical fiber</td>
			<td style="width:123px;">GouldFiber Optics</td>
			<td style="width:381px;">PSK-000626</td>
			<td style="width:629px;">50/50 fiber beam splitter made of Corning HI-780 single mode fiber to combine 935nm and 638nm together.</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Wavelength meter</td>
			<td>High Finesse</td>
			<td>WSU-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">temporary mirror</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PF10-03-P01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Dichroic mirror</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF647-SDi01-25x36</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">369.5nm &#38; 399nm collimator</td>
			<td>Micro Laser Systems</td>
			<td>FC5-UV-T/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">935nm collimator</td>
			<td>Sch&#228;fter + Kirchhoff</td>
			<td>60FC-0-M8-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">369.5nm focusing lens</td>
			<td style="width:123px;">CVI</td>
			<td style="width:381px;">PLCX-25.4-77.3-UV-355-399</td>
			<td>Focal length: ~163mm @ 369.5nm</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">399nm &#38; 935nm focusing lens</td>
			<td style="width:123px;">CVI</td>
			<td style="width:381px;">PLCX-25.4-64.4-UV-355-399</td>
			<td style="width:629px;">Focal length: ~137mm @ 399nm, ~143mm @ 935nm</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">imaging lens</td>
			<td>Photon Gear</td>
			<td>P/N 15470</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">369.5nm bandpass filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-370/6-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">399nm bandpass filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-395/11-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">IR filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-650/SP-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">EMCCD camera</td>
			<td>Andor Technology</td>
			<td>DU-897U-CS0-EXF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">PMT</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>H10682-210</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental methods for trapping ions using microfabricated surface ion traps

Ionen gevangen in een vierpolige Paul val hebben beschouwd als een van de sterke fysieke kandidaten om quantum informatieverwerking. Dit is te wijten aan hun lange samenhang tijd en hun vermogen om te manipuleren en individuele quantum bits (qubits) detecteren. In recentere jaren, hebben de microfabricated oppervlakte ion vallen meer aandacht voor grootschalige geïntegreerde qubit platformen gekregen. Deze paper presenteert de methodologie van een microfabrication voor ion vallen met behulp van micro-elektromechanisch (MEMS) systeemtechnologie, met inbegrip van de fabricage methode voor een 14 µm dik diëlektrische laag en metaal overhang structuren bovenop de diëlektrische laag. Bovendien is een experimentele procedure voor het overlappen van ytterbium (Yb) ionen isotoop 174 (174Yb+) met behulp van 369.5 nm, 399 nm, en 935 nm diodelasers wordt beschreven. Deze methoden en procedures omvatten vele wetenschappelijke en technische disciplines, en dit document stelt eerst de gedetailleerde experimentele procedures. De methoden die in dit Groenboek besproken kunnen eenvoudig worden uitgebreid naar de vangst van Yb ionen isotoop 171 (171Yb+) en naar de manipulatie van qubits.

Figure 7 toont de scanning electron microfoto (SEM) van de gefabriceerde ion-trap-chip. De RF elektroden, innerlijke DC elektroden buitenste DC elektroden en laden sleuf werden met succes vervaardigd. Het profiel van de zijwand van de diëlektrische pijler werd gekartelde omdat de PECVD oxide werd afgezet in verschillende stappen. De verschillende stappen van de depositie werden gebruikt om het minimaliseren van de effecten van residuele stress uit dikke oxide films. Dit wordt verder beschreven in de discussie.

Figuur 8 toont het EMCCD beeld van vijf 174Yb+ ionen gevangen met behulp van de chip van de ion-val microfabricated. De gevangen ionen kunnen gedurende meer dan 24 uur duren met continue Doppler koeling. Het aantal gevangen ionen kan tussen 1 en 20 worden aangepast door de toegepaste DC spanning set wijzigt. Deze experimentele opstelling is is zeer betrouwbaar en robuust en momenteel in bewerking 50 maandenlang.
Figuur 9 toont de pendelen van gevangen ionen langs de axiale richting. De positie van de ion in figuur 9b is daaruit ontheemden in de figuur 9a door middel van de aanpassing van de positie van het DC potentiële minimum door het veranderen van de DC-spanningen.
Figuur 10 ziet u voorlopige resultaten van Rabi trilling experimenten met een 171Yb+ -ion. Voor het verkrijgen van de resultaten, werden de extra opstellingen beschreven in het Aanvullend Document gebruikt. De resultaten waren opgenomen om te laten zien van een mogelijke toepassing van de experimentele opstelling in dit document uitgelegd.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig1.jpg"> 
Figuur 1: schematische van de oppervlakte ion trap. (een) de rode stippen geven de gevangen ionen. De bruine en gele elektroden geven de RF en DC-elektroden, respectievelijk. De grijze pijlen geven de richting van het elektrisch veld in de positieve fase van de RF-spanning. Merk op dat het schema niet wordt getekend op schaal. (b) de verticale afmetingen van de elektrode structuur. (c) de laterale afmetingen van de elektrode structuur. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig2.jpg"> 
Figuur 2: Vereenvoudigde energieniveau diagrammen voor een 174Yb+ -ion en een neutrale 174Yb-atoom. (een) wanneer een 369.5 nm laser is ontstemd aan de rode kant (lagere frequentie) van de resonantie, een fietsen overgang tussen 2P1/2 en 2S1/2 vermindert de kinetische energie van de ion vanwege de Doppler effect. Soms een kleine maar eindige vertakkende verhouding maakt het elektron verval van 2P1/2 tot 2D3/2, en een laser 935-nm is vereist om het elektron weer terug naar de belangrijkste fietsen overgang. Het elektron kan ook verval in een staat van 2F7/2 keer per uur, gemiddeld, en een 638 nm-laser kan het pompen uit de 2F7/2 staat, maar dit is niet nodig voor een eenvoudig systeem38. De waarden in de ket-notatie vertegenwoordigen de prognoses van de totale angular momenta J langs de kwantisatie as mJ. (b) te ioniseren neutrale atomen verdampt uit de oven, een twee-foton absorptie-proces was gebruikte39. Een 399 nm laser enthousiast een elektron 1P1 staat, en het 369.5 nm foton voor het koelen van Doppler had meer energie dan nodig is om het opgewonden elektron van het ion. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig3.jpg"> 
Figuur 3: verloop van het proces van de fabricage van een oppervlakte ion trap. (een) thermische oxidatie te groeien een 5.000 Å-dikke SiO2 laag en LPCVD van een 2.000 Å-dikke Si3N4 laags. (b) afzetting en ICP ETS van een 1,5 µm dik plaatgaasfolie Al laag. (c) afzetting van een 14 µm dik SiO2 laag aan de beide zijden van de wafer via PECVD processen. (d) patronen van de 14 µm dik SiO2 laag gestort op de voorzijde van de wafer middel van een RIE procédé (e) patronen van de 14 µm dik SiO2 laag gestort op de achterkant van de wafer met behulp van een RIE-proces. (f) afzetting van een 1,5 µm dik plaatgaasfolie Al laag en een 1 µm dik PECVD SiO2 . (g) patronen van de 1,5 µm dik Al laag met behulp van een ICP-proces en de 1 µm dik SiO2 met behulp van een RIE verwerken. (h) patronen van de 14 µm dik SiO2 laag gestort aan de voorzijde van de wafer met behulp van een RIE-proces. (ik) patronen van de 5.000 Å-dikke SiO2 laag en de 2.000 Å-dikke Si3N4 met behulp van een RIE verwerken. (j) DRIE van het silicium substraat 450 µm vanaf de achterkant van het zegel. (k) nat-etsen van de SiO2 laag op de Al-elektroden en de zijwanden van de diëlektrische pijlers. (l) penetratie van het silicium substraat vanaf de voorzijde door een proces van DRIE. Merk op dat de schema's worden niet getekend op schaal. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig4.jpg"> 
Figuur 4: een voorbeeld van de DC-spanning instellen gebruikt voor de overlapping van ionen. De spanningen die zijn toegepast op de innerlijke rails kunnen compenseren voor het asymmetrische elektrische veld in horizontale richting te kantelen van de belangrijkste assen van het totale potentieel in het dwarsvlak. De frequentie van de axiale trap gegenereerd door de verzameling van de spanning werd 550 kHz. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
ether.within-pagina = "1" ><img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2.jpg"> 
Figuur 5: schematische van de optische setup. Drie diodelasers zijn uitgelijnd zodat overlappen op de positie van de overvulling. De verzonken viewport van de UHV kamer kunt de imaging lens wordt zo dicht mogelijk bij de chip oppervlak. Een flip-spiegel geplaatst tussen de imaging lens en de EMCCD voorziet in het selectieve toezicht op de ion-fluorescentie met behulp van ofwel een foton vermenigvuldigd buis (PMT) of een EMCCD. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig6.jpg"> 
Afbeelding 6: afbeeldingen van de geconstrueerde optische setup. (een) A spoel is gewikkeld rond de voorkant viewport van de kamer voor het genereren van een magnetisch veld, die ontaarde energie-niveaus van ytterbium ionen kan breken. (b) de optische setup voor de besturing van de 399 nm en 935 nm balken. De rode en groene lijnen geven het pad van de lichtbundel van de 935 nm en 399 nm lasers, respectievelijk. (c) de configuratie voor het imaging systeem, met inbegrip van de flip-spiegel, de imaging lens, de EMCCD en de vervaldatum Het pad van de fluorescentie die wordt uitgestoten uit de gevangen ionen kan worden bepaald door de flip-spiegel. De groene en witte pijlen geven het pad van de fluorescentie als wordt gecontroleerd door de EMCCD en de bet, respectievelijk. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig7.jpg"> 
Figuur 7: resultaten van de fabricage van de oppervlakte ion trap. (een) overzicht van de lay-out van de chip. (b) een vergrote weergave van de chip-indeling, waarin de meerdere buitenste DC elektroden. (c) een vergrote weergave van chip-indeling, waarin de sleuf laden. (d) een transversale zicht op de overlapping regio voordat het penetreren van de sleuf laden. (e) een transversale zicht op de overlapping regio na het penetreren van de sleuf laden. (f) A vergroot transversale weergave van de pijler oxide. De oxide pijlers hebben gekartelde muren, en de lengte van de overhang niet volstaan, die wordt toegeschreven aan het tarief van de niet-uniforme etsen van de SiO-2 op de interfaces tussen de afzonderlijk gedeponeerde 3,5 µm dik SiO2 lagen. (g) A bovenaanzicht van een draad-lijmen-pad van een DC-elektrode. (h) A transversale weergave van een via. Geneigd profielen van de oxide pijlers toestaan voor de aansluiting van de DC-elektrode en de bodemgrond tijdens de afzetting van de Al laag op de zijkant van de oxide pijler in plaats van vulling de via gaten met een proces van galvaniseren. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig8.jpg"> 
Figuur 8: een EMCCD beeld van vijf 174Yb+ ionen gevangen op de chip van de ion-val microfabricated. Het beeld van de structuur van de elektrode oppervlakte val apart werd genomen, en de beelden van de gevangen ion en de elektroden voor de duidelijkheid werden samengevoegd. De intensiteit legende geldt alleen voor de pixels in het vak. De dikke pijl geeft het pad van de straal van de laser nm 369.5 en de dunne pijlen staan voor de x - en z-componenten van de dynamiek van het foton. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig9.jpg"> 
Figuur 9: aanpassing van het axiale potentieel van de gevangen ionen in een lineaire keten. (een) zeven ionen in het midden van de val. (b) de ionen waren pendelde tientallen micrometers. (c) de ion-tekenreeks geperst in de axiale richting. Dit cijfer is het best bekeken als een film, die afzonderlijk wordt geupload. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig9large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig10.jpg"> 
Figuur 10: Experimentele resultaten van Rabi oscillaties tussen de | 0 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> en | 1 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> Staten. | 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> is gedefinieerd als de 2S1/2| F = 0, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> stand van de 171Yb+ ion, en | 1<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> is gedefinieerd als de 2S1/2| F = 1, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> staat. De Rabi trilling wordt veroorzaakt door een 12.6428-GHz magnetron. Bloch bollen boven de plot Toon het overeenkomstige kwantumtoestanden op verschillende tijdstippen. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig10large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
Aanvullend Document: <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/jove-56060_Supplementary_Document.pdf" target="_blank">Gelieve Klik hier om dit document te downloaden.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps at JoVE.com

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Dit document stelt een methodologie van de microfabrication voor oppervlakte ion vallen, alsmede een gedetailleerde experimentele procedure voor overvullen ytterbium ionen in een omgeving met kamertemperatuur.

Experimentele methoden voor het overlappen van ionen met Microfabricated oppervlak Ion Traps

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Optical Trapping of Nanoparticles

Optische overvullen van nanodeeltjes

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

Karakterisering van Surface Wijzigingen door Wit Licht Interferometrie: Toepassingen in Ion sputteren, Laser Ablatie en Tribologie Experimenten

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Karakterisering van elektrode materialen voor lithium-ion en Natrium ion accu&#39;s met synchrotron straling Technieken

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

In Situ Neutron poederdiffractie behulp Maatwerk Lithium-ion batterijen

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detectie van biomoleculen met behulp van EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

Speciatie en biologische beschikbaarheid Metingen van Milieu Plutonium gebruik van Diffusion in Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Geavanceerde experimentele methoden voor lage-temperatuur magnetotransport Meting van nieuwe materialen

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Experimentele methoden voor Onderzoek van Shape geheugen gebaseerd Elastocaloric Cooling Processen en Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Emissie spectroscopische Boundary Layer Investigation tijdens Ablatief materiaaltestreactoren in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Subsurface Defect Localisatie door Gestructureerde Verwarming Met Laser Geprojecteerde Phot Thermische Thermografie

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...