陷落式离子量子计算机

陷落式离子量子计算机是一种被提议的大规模量子计算机的方法。离子或带电的原子粒子，可以通过电磁场被限制并悬浮在自由空间中。

Qubits被储存在每个离子的稳定电子状态中，量子信息可以通过共享陷阱中的离子的集体量化运动（通过库仑力相互作用）来传输。

激光被应用于诱导量子比特状态之间的耦合（用于单量子比特操作）或内部量子比特状态和外部运动状态之间的耦合（用于量子比特之间的纠缠）。

量子计算机的基本操作已经在实验中以目前最高的精度在被困的离子系统中得到了证明。为了将系统扩展到任意大数量的量子比特，正在开发的有希望的方案包括将离子传输到离子阱阵列中的空间不同位置，通过远程纠缠离子链的光子连接网络建立大型纠缠态，以及这两种想法的组合。

这使得陷落离子量子计算机系统成为可扩展的通用量子计算机的最有希望的架构之一。截至2018年4月，可控纠缠的xxx粒子数是20个被困离子。

1995年，IgnacioCirac和PeterZoller提出了xxx个可控-NOT量子门的实施方案，专门用于陷落离子系统。同年，受控-NOT门的一个关键步骤在NIST离子存储组实验实现，量子计算的研究开始在全世界范围内起步。

2021年，来自因斯布鲁克大学的研究人员提出了一个适合放在两个19英寸服务器机架内的量子计算演示器，这是世界上第 一台符合质量标准的紧凑型陷落离子量子计算机。

目前用于陷落离子量子计算研究的电动四极杆离子阱是由沃尔夫冈-保罗（1989年因其工作获得诺贝尔奖）于20世纪50年代发明的。由于厄恩肖定理的存在，带电粒子不能仅仅通过静电来困住三维。相反，一个以无线电频率（RF）振荡的电场被施加，形成一个具有在RF频率下旋转的马鞍形状的电势。如果射频场有合适的参数（振荡频率和场强），带电粒子就会被恢复力有效地困在鞍点上，其运动由一组马蒂厄方程描述。

这个鞍点是能量大小最小的点。为势场中的离子。保罗陷阱通常被描述为一个谐波势阱，在两个维度上捕获离子（假设方向的离子。当多个离子处于鞍点并且系统处于平衡状态时，离子只在以下方向自由移动z^{displaystyle{widehat{z}}方向移动。｝

因此，离子将相互排斥，并在以下方面形成一个垂直配置z^{displaystyle{widehat{z}}的垂直配置。｝，最简单的情况是只有几个离子的线性链。

如果许多离子在同一陷阱中被初始化，越来越复杂的库仑相互作用将产生更复杂的离子配置。此外，增加的离子的额外振动使量子系统xxx复杂化，这使得初始化和计算更加困难。这可以通过多普勒冷却和解决边带冷却的组合来实现。

在这个非常低的温度下，离子阱中的振动能量被离子链的能量特征态量化为声子，这被称为质心振动模式。单个声子的能量由以下关系给出。

当被困的离子一起振动并与外部环境完全隔离时，就会出现这些量子状态。如果离子没有被适当地隔离，噪音可能来自离子与外部电磁场的相互作用，这将产生随机运动并破坏量化的能量状态。

一个功能性的量子计算机的全部要求并不完全清楚，但有许多普遍接受的要求。DavidDiVincenzo概述了其中几个量子计算的标准。

任何两级量子系统都可以形成一个量子比特，有两种主要的方式可以利用离子的电子状态形成一个量子比特。