——從Oxford Ionics到IonQ，量子計算團隊為何不約而同選擇attocube

引言

量子計算正在從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，而離子阱技術(shù)憑借其超高保真度和長相干時間，被廣泛認為最有前途的量子計算物理實現(xiàn)方案之一。在這一前沿領(lǐng)域中，一個鮮為人知卻至關(guān)重要的角色是——低溫納米位移臺。attocube低溫位移臺憑借其超卓的低溫兼容性、納米級精度和長期穩(wěn)定性，已成為前沿離子阱量子計算團隊的優(yōu)選設(shè)備。

一、離子阱量子計算：精度即一切

離子阱量子計算的核心原理是利用電磁場將帶電原子（離子）懸浮在芯片表面上方數(shù)十微米處，并通過精確操控離子的內(nèi)部狀態(tài)來執(zhí)行量子運算。這一技術(shù)路線對定位精度有著極其苛刻的要求：

• 離子捕獲位置：離子被捕獲在距芯片表面約40μm的位置，定位精度需達到亞微米級別

• 多區(qū)域并行操控：量子處理器需要在多個區(qū)域同時操控不同離子組，各區(qū)域間的精確對準至關(guān)重要

• 低溫環(huán)境運行：為降低環(huán)境噪聲、提高相干時間，系統(tǒng)需在4K甚至mK溫區(qū)運行

• 長期穩(wěn)定性：量子計算任務(wù)可持續(xù)運行數(shù)十小時，期間定位漂移必須極小

attocube低溫納米位移臺正是為滿足這些要求而生。設(shè)備以穩(wěn)定而優(yōu)異的性能，原子級定位精度，納米位移步長和厘米級位移范圍受到科學家的肯定和贊譽，可廣泛應(yīng)用于普通大氣環(huán)境以及超高真空環(huán)境(5x10_-11 mbar)、低溫環(huán)境（10mK）和強磁場中（31 Tesla）。

圖一，離子阱量子計算示意圖

二、美國IonQ量子計算公司：可擴展光子量子互連中的關(guān)鍵定位角色

美國離子阱量子計算企業(yè)IonQ公司在其最新研究[1]中，展示了一種可擴展的光子量子互連平臺。該平臺利用薄膜金剛石中的硅空位（SiV）色心作為量子存儲器，實現(xiàn)了晶圓級的高良率制造。在該研究的實驗裝置中，IonQ團隊使用了attocube的ANPx101和ANPx311系列的低溫納米位移臺，作為其稀釋制冷機內(nèi)低溫顯微鏡系統(tǒng)的核心定位組件，IonQ團隊在該平臺中實現(xiàn)了：

• 協(xié)同度（Cooperativity）接近100：SiV色心與光子晶體腔的強耦合

• 品質(zhì)因子Q > 2×10?：多個薄膜金剛石上的高一致性制造

• 波長一致性 < 2nm：近100%的可用諧振腔良率

• 光纖-芯片耦合效率 ~85%：低于1dB的插入損耗

圖二、可擴展鉆石量子存儲平臺的示意圖

這些超卓指標的實現(xiàn)，離不開attocube位移臺在毫開爾文溫區(qū)提供的精確、穩(wěn)定的定位能力。

"This refrigerator includes a superconducting vector magnet (American Magnets Inc., 1-1-1 T), a custom-built free-space wide-field microscope with a cryogenic aspherical lens, piezo positioners (Attocube ANPx101 and ANPx311 series), and both fiber and microwave feedthroughs."

該實驗在20mK（毫開爾文）的極低溫環(huán)境下運行，attocube位移臺在此條件下可靠工作，為以下關(guān)鍵實驗環(huán)節(jié)提供支撐：

圖三、核心芯片及其基于attocube納米位移的驅(qū)動部分

三、從學術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)落地：attocube賦能量子計算全鏈條

在學術(shù)前沿，attocube低溫位移臺已在全球多個量子計算研究機構(gòu)中發(fā)揮關(guān)鍵作用：

• Oxford Ionics（英國）：全電子控制離子阱，創(chuàng)下單/雙量子比特門保真度世界紀錄

• IonQ（美國）：晶圓級金剛石量子存儲器平臺，實現(xiàn)可擴展光子量子互連

• 英國國家量子計算中心：部署Oxford Ionics量子計算系統(tǒng)

• 德國Cyberagentur：量子計算基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢選擇attocube低溫位移臺，意味著：

• 經(jīng)過驗證：從4K到mK全溫區(qū)，在高水平實驗中被直接采用

• 標準化產(chǎn)品即滿足需求：無需定制，縮短研發(fā)周期

• 全球技術(shù)支持：attocube提供專業(yè)的售前售后技術(shù)支持

• 持續(xù)產(chǎn)品迭代：與量子計算產(chǎn)業(yè)同步進化

四、展望：量子計算規(guī)模化時代的納米定位挑戰(zhàn)

隨著離子阱量子計算向數(shù)千乃至數(shù)百萬量子比特規(guī)模邁進，精密定位技術(shù)將面臨更大挑戰(zhàn)：1）更大規(guī)模芯片：晶圓級離子阱芯片需要更大行程的定位平臺； 2）更高并行度：多區(qū)域同時操控要求更精確的跨區(qū)域?qū)剩?3）更低功耗：大規(guī)模系統(tǒng)對制冷機熱負載更加敏感； 4）更長運行時間：容錯量子計算需要以天計的連續(xù)運行。attocube正以其持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，為這些挑戰(zhàn)提供解決方案。從Oxford Ionics的4K離子阱系統(tǒng)，到IonQ的mK金剛石色心平臺，attocube低溫位移臺已在量子計算研究中展現(xiàn)出重要應(yīng)用價值。

關(guān)于attocube

attocube systems GmbH總部位于德國慕尼黑，是精密定位與測量技術(shù)供應(yīng)商。自成立以來，attocube始終專注于低溫、強磁場、超高真空環(huán)境下的納米級定位解決方案，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于量子計算、量子傳感、凝聚態(tài)物理、半導(dǎo)體檢測等前沿領(lǐng)域。attocube的低溫位移臺產(chǎn)品已成為全球量子計算研究的標準配置。

參考文獻：

[1]. https://arxiv.org/abs/2508.06675