基于范德瓦耳斯修正密度泛函研究电极表面吸附物引起的离子阱电场噪声加热

为充分发挥离子阱量子计算机的潜力，需要更深入理解囚禁离子所经历的运动加热。关于导致运动加热的电场噪声的温度、频率及离子—电极距离依赖性，以及陷阱电极离子轰击清洗前后的噪声的实验研究，表明吸附物偶极矩的涨落是所谓“反常加热”（即囚禁离子的运动加热速率远高于 Johnson 噪声极限）的可能来源。先前的计算研究探讨了模型吸附物偶极矩的涨落如何影响反常加热。然而，特定吸附物如何影响电场噪声尚未被考察，且先前研究采用的电偶极模型仅对一小部分可能吸附物准确。在此，我们在独立涨落偶极模型内分析了十五种吸附物—电极组合的平面内与面外振动模式，利用精确的第一性原理计算方法确定表面诱导偶极矩。我们发现吸附物的化学特异性可使电场噪声改变七个数量级，具体而言弱吸附烃类的软平面内模式产生最大的噪声与离子加热。我们讨论了涨落偶极模型所捕捉的动力学，即依赖于吸附物的开启温度与电场噪声大小，并讨论了该模型未能用单一吸附物种重现所测得的 1/$\omega$ 噪声频率标度。我们基于将当前框架扩展至多个相互作用吸附物，提出了改进且具定量预测能力的模型的未来研究方向。