用于囚禁离子量子比特控制的宽带、独立寻址的二维和三维光子集成电路

囚禁离子为量子信息处理提供了高保真度平台，然而在大型相互作用区域网络中传输多种不同波长的光仍然是一个瓶颈。传统的自由空间光传输缺乏可扩展性，而片上光栅耦合器则受限于窄的工作带宽，这增加了电路尺寸和光学接口的复杂性。在此我们展示了一种能够独立寻址单个离子的宽带光子集成电路。该电路结合了平面波导透镜和通过晶圆级双光子聚合制造的微镜。该实现可以从$\lambda$ = 405 - 880 nm寻址三个独立离子，在$5\,\mu\mathrm{m}$间距下平均强度串扰为-27 dB。我们在此类器件上方囚禁了$^{40}\mathrm{Ca}^{+}$和$^{138}\mathrm{Ba}^{+}$离子，表征了钡离子的光学串扰，并演示了钙离子的独立再泵浦。这种单片光子架构将宽带寻址以片上模式带入了囚禁离子技术。更广泛地说，将增材制造集成到量子器件中有望为实施新型量子架构解锁更大的设计空间。