We demonstrate trapping in a surface-electrode ion trap fabricated in a 90-nm CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) foundry process utilizing the top metal layer of the process for the trap electrodes. The process includes doped active regions and metal interconnect layers, allowing for co-fabrication of standard CMOS circuitry as well as devices for optical control and measurement. With one of the interconnect layers defining a ground plane between the trap electrode layer and the p-type doped silicon substrate, ion loading is robust and trapping is stable. We measure a motional heating rate comparable to those seen in surface-electrode traps of similar size. This demonstration of scalable quantum computing hardware utilizing a commercial CMOS process opens the door to integration and co-fabrication of electronics and photonics for large-scale quantum processing in trapped-ion arrays.

1.
D.
Leibfried
,
R.
Blatt
,
C.
Monroe
, and
D.
Wineland
,
Rev. Mod. Phys.
75
,
281
(
2003
).
2.
R.
Blatt
and
D.
Wineland
,
Nature
453
,
1008
(
2008
).
3.
J.
Benhelm
,
G.
Kirchmair
,
C. F.
Roos
, and
R.
Blatt
,
Nat. Phys.
4
,
463
(
2008
).
4.
A. H.
Myerson
,
D. J.
Szwer
,
S. C.
Webster
,
D. T. C.
Allcock
,
M. J.
Curtis
,
G.
Imreh
,
J. A.
Sherman
,
D. N.
Stacey
,
A. M.
Steane
, and
D. M.
Lucas
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
200502
(
2008
).
5.
K. R.
Brown
,
A. C.
Wilson
,
Y.
Colombe
,
C.
Ospelkaus
,
A. M.
Meier
,
E.
Knill
,
D.
Leibfried
, and
D. J.
Wineland
,
Phys. Rev. A
84
,
030303
(
2011
).
6.
S.
Seidelin
,
J.
Chiaverini
,
R.
Reichle
,
J. J.
Bollinger
,
D.
Leibfried
,
J.
Britton
,
J. H.
Wesenberg
,
R. B.
Blakestad
,
R. J.
Epstein
,
D. B.
Hume
,
W. M.
Itano
,
J. D.
Jost
,
C.
Langer
,
R.
Ozeri
,
N.
Shiga
, and
D. J.
Wineland
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
253003
(
2006
).
7.
J.
Labaziewicz
,
Y.
Ge
,
P.
Antohi
,
D.
Leibrandt
,
K. R.
Brown
, and
I. L.
Chuang
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
013001
(
2008
).
8.
J.
Britton
, “
Microfabrication techniques for trapped ion quantum information processing
,” Ph.D. dissertation (
University of Colorado
,
2008
); e-print arXiv:1008.2222.
9.
D.
Leibrandt
,
J.
Labaziewicz
,
R.
Clark
,
I.
Chuang
,
R.
Epstein
,
C.
Ospelkaus
,
J.
Wesenberg
,
J.
Bollinger
,
D.
Leibfried
,
D.
Wineland
,
D.
Stick
,
J.
Sterk
,
C.
Monroe
,
C.-S.
Pai
,
Y.
Low
,
R.
Frahm
, and
R.
Slusher
,
Quantum Inf. Comput.
9
,
0901
(
2009
).
10.
D.
Stick
,
K. M.
Fortier
,
R.
Haltli
,
C.
Highstrete
,
D. L.
Moehring
,
C.
Tigges
, and
M. G.
Blain
, e-print arXiv:1008.0990v2.
11.
D.
Allcock
,
T.
Harty
,
H.
Janacek
,
N.
Linke
,
C.
Ballance
,
A.
Steane
,
D.
Lucas
,
R.
Jarecki
,
S.
Habermehl
,
M.
Blain
,
D.
Stick
, and
D.
Moehring
,
Appl. Phys. B
107
,
913
(
2012
).
12.
G.
Wilpers
,
P.
See
,
P.
Gill
, and
A. G.
Sinclair
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
572
(
2012
).
13.
K.
Wright
,
J. M.
Amini
,
D. L.
Faircloth
,
C.
Volin
,
S. C.
Doret
,
H.
Hayden
,
C.-S.
Pai
,
D. W.
Landgren
,
D.
Denison
,
T.
Killian
,
R. E.
Slusher
, and
A. W.
Harter
,
New J. Phys.
15
,
033004
(
2013
).
14.
M.
Niedermayr
,
K.
Lakhmanskiy
,
M.
Kumph
,
S.
Partel
,
J.
Edlinger
,
M.
Brownnutt
, and
R.
Blatt
, e-print arXiv:1403.5208.
15.
R. C.
Sterling
,
H.
Rattanasonti
,
S.
Weidt
,
K.
Lake
,
P.
Srinivasan
,
S. C.
Webster
,
M.
Kraft
, and
W. K.
Hensinger
,
Nat. Commun.
5
, Art. No. 3637 (
2014
).
16.
R. M.
Field
,
J.
Lary
,
J.
Cohn
,
L.
Paninski
, and
K. L.
Shepard
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
211111
(
2010
).
17.
J. S.
Orcutt
,
B.
Moss
,
C.
Sun
,
J.
Leu
,
M.
Georgas
,
J.
Shainline
,
E.
Zgraggen
,
H.
Li
,
J.
Sun
,
M.
Weaver
,
S.
Urošević
,
M.
Popović
,
R. J.
Ram
, and
V.
Stojanović
,
Opt. Express
20
,
12222
(
2012
).
18.
J.
Chiaverini
,
R. B.
Blakestad
,
J.
Britton
,
J. D.
Jost
,
C.
Langer
,
D.
Leibfried
,
R.
Ozeri
, and
D. J.
Wineland
,
Quantum Inf. Comput.
5
,
419
(
2005
).
19.
J. M.
Sage
,
A. J.
Kerman
, and
J.
Chiaverini
,
Phys. Rev. A
86
,
013417
(
2012
).
20.
J.
Chiaverini
and
J. M.
Sage
,
Phys. Rev. A
89
,
012318
(
2014
).
21.
N. D.
Guise
,
S. D.
Fallek
,
H.
Hayden
,
C.-S.
Pai
,
C.
Volin
,
K. R.
Brown
,
J. T.
Merrill
,
A. W.
Harter
,
J. M.
Amini
,
L. M.
Lust
,
K.
Muldoon
,
D.
Carlson
, and
J.
Budach
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
063101
(
2014
); e-print arXiv:1403.3662.
22.
D.
Wineland
,
C.
Monroe
,
W. M.
Itano
,
D.
Leibfried
,
B. E.
King
, and
D. M.
Meekhof
,
J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol.
103
,
259
(
1998
).
23.
U.
Warring
,
C.
Ospelkaus
,
Y.
Colombe
,
K. R.
Brown
,
J. M.
Amini
,
M.
Carsjens
,
D.
Leibfried
, and
D. J.
Wineland
,
Phys. Rev. A
87
,
013437
(
2013
).
24.
G.
Vittorini
,
K.
Wright
,
K. R.
Brown
,
A. W.
Harter
, and
S. C.
Doret
,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
043112
(
2013
).
25.
A. G.
Fowler
,
A. M.
Stephens
, and
P.
Groszkowski
,
Phys. Rev. A
80
,
052312
(
2009
).
You do not currently have access to this content.