同时处于多种状态的能力被称为“叠加”。就好像量子比特可以同时探索不同的选项。例如，想象一下在迷宫中寻找出路。量子比特不是一次选择一条路径，而是可以同时探索所有路径，这使得它在某些类型的问题解决中非常强大。量子计算机可以同时走迷宫的每一条路径。它可以将不确定性记在脑中。这意味着它们在许多领域都有令人兴奋的发展，包括从医疗保健到金融到人工智能，以及介于两者之间的一切。

目前正在探索的量子计算中的量子比特的选择取决于许多因素，因此有几种类型被考虑和研究也就不足为奇了。

量子比特有多种类型，包括超导量子比特、离子阱量子比特、基于冷原子的量子比特、基于氮空位 (NV) 中心的量子比特以及基于光子的量子比特。激光用于帮助生成基于离子阱的量子比特、基于冷原子和基于 NV 中心的量子比特。目前尚不清楚哪种量子比特候选方案将成为未来量子计算机的最佳解决方案。

基于离子阱的量子比特是最早、最先进的可扩展方法之一，用于生成具有长寿命离子内部能级的量子比特（Häffan 等人，2008 年）。

冷原子量子比特是特别有希望的量子比特候选者，因为它们具有明确的能级和较长的相干时间，这对于维持量子信息至关重要。一些常见的冷原子量子比特候选者是：

碱金属原子因其简单的电子结构而成为创建量子比特的热门材料，这使得它们更容易用激光和磁场进行操控。铷-87 和铯-133 是常用材料。它们的超精细结构提供了稳定的能级，可以精确控制量子比特操作。

锶和钙等原子用于光晶格钟和量子计算。这些原子具有窄光学跃迁，适合高精度测量和操控。

镱离子因其稳定的基态和有利于激光冷却和操控的跃迁波长而被用于囚禁离子量子计算机。

基于氮空位 (NV) 中心的量子比特基于使用可用作量子比特的金刚石晶体中人工生长的缺陷。它们在室温下可以具有较长的相干时间，并且相对稳定。

基于光子的量子比特使用单个光子作为量子比特。单个光子很容易极化以进行编码，速度很快，因为它们可以以光速传播并且具有较长的相干性。

“最佳”量子比特的选择取决于正在开发的量子计算架构的具体要求，包括相干时间、可扩展性、易于操作以及与现有技术的集成等因素。不同的研究小组正在探索各种方法来应对这些挑战，并使用不同类型的量子比特释放量子计算的潜力

激光冷却是制备冷原子量子比特的关键技术。它涉及利用光的辐射压力来减慢原子的速度并将其冷却到接近绝对零度的温度。这对于减少热运动至关重要，从而增加量子比特的相干时间并提高其稳定性和控制力。

多普勒冷却法是最常见的激光冷却技术。在此方法中，略低于原子跃迁频率的激光使向激光移动的原子吸收光子，从而使其速度减慢。随后光子自发发射发生在随机方向上，导致原子动能净减少。

其他冷却技术，如西西弗斯冷却和蒸发冷却，可以将原子温度降至更低，达到微开尔文或纳开尔文范围。这些超冷条件非常适合量子计算，因为它们可以最大限度地减少退相干并提高量子操作的保真度。

在选择使用哪种激光器进行冷却时，这完全取决于所选的冷却方法和技术。例如，我们的Cobolt Qu-T是一款紧凑型可调谐激光器，非常适合多普勒冷却，具有 650-950 nm 范围内的单频 CW 发射、中心波长固有的高灵活性和完美的 TEM00 光束、10 kHz 线宽和高达 500 mW 的功率。每个发射波长都可以在几纳米范围内进行无间隙粗调，并使用快速压电控制主动锁定到外部参考。此属性非常适合激光多普勒冷却，因为您可以针对要冷却的特定原子的激发频率进行定位。

离子捕获是一种很有前途的量子计算技术，是创建原子量子比特的基础。在这种方法中，单个离子被限制或捕获，并利用真空室中的电磁场悬浮在自由空间中。因此，用于捕获的激光器需要具有极窄的线宽（kHz）和超低的噪声，以便能够完全保持原子和离子的静止。

Ampheia 超低噪声光纤放大器在很宽的频率范围内具有极低的 RIN，线宽在 kHz 区域，在 1064 nm 时可提供高达 50 W 的功率，是捕获离子或原子的理想选择。然后可以使用激光脉冲操纵和控制捕获的离子以执行量子操作。

激光冷却在此过程中起着至关重要的作用，它可以将离子的热运动降低到接近绝对零度，从而最大限度地减少退相干并提高量子态操控的精度。每个经过冷却和捕获的离子都充当一个量子比特，其电子态代表二进制 0 和 1。对离子量子态的高度控制以及纠缠多个离子的能力使捕获离子成为实现可扩展且高精度量子计算系统的理想选择。

钻石中的氮空位 (NV) 中心最近被确定为合适的候选者，因为点缺陷提供了一种孤立的自旋状态，可以使用微波进行操控。另一大优势是它们可以在很宽的温度范围内工作（包括室温），不需要冷却到超低温度。

可见光区域 510 nm – 560 nm 内的激光器可用于激发这些缺陷并填充“明亮”电子自旋状态，从而产生强烈的红色荧光。这些激光器可以是直接二极管或二极管泵浦激光器，并且需要能够在 MHz 区域内进行调制，具有快速上升和下降时间 (ns) 以及激光器关闭时完全黑暗。Cobolt 06-MLD 515nm/520nm激光器通常是此类应用的首选。

对于其他色心候选物的评估（不仅仅是在钻石中），广泛可调谐的C-WAVE 激光器提供了对 450 nm – 700 nm 波长范围的灵活性，结合单频性能和瓦特级功率，是表征新型色心光致发光的完美工具。

在 HÜBNER Photonics，我们为许多量子研究领域提供高性能激光器。

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