离子阱量子计算：低调中的耀眼之星
简介
离子阱量子计算是一种利用稳定囚禁的离子来构建量子计算
系统的技术。它与超导量子计算并列，被认为是实现实用化量子计算的两大
主流方案。
离子囚禁
离子是带有电荷的原子，具有稳定的能级结构。通过特定激光场，科学家可以将离子囚禁在一个电势阱中。被囚禁的离子可以编码为
量子比特，参与量子运算。
量子比特与并行运算
离子内部能级可以形成二能级系统，称为量子比特。单个离子量子比特可以同时处于能量较高的|1⟩态和能量较低的|0⟩态，实现并行运算。多离子系统可以编码多个独立的量子比特，进行2的N次方并行运算。
离子阱量子计算芯片
为了实现离子阱量子计算的规模化，科学家提出了离子阱量子计算芯片（QCCD）方案，将多个空间功能区域集成在一个芯片上。离子可以在这些区域之间精确输运，实现
存储、操作和测量等功能。
桑迪亚国家实验室的离子阱芯片
美国桑迪亚国家实验室在离子阱量子计算芯片研究中取得了重大进展。他们制备了多代离子阱芯片，实现了离子囚禁和复杂输运操作，为大规模通用量子计算奠定了基础。
独特优势
与超导量子计算相比，离子阱量子计算具有以下优势：
高保真度：被囚禁离子与
环境干扰隔离较好，能实现极高保真度的量子操作。
全连接交互：囚禁离子之间的长程
相互作用允许离子链中不同离子进行全连接交互，提升并行算力。
长相干时间：采用动态方案和协同冷却技术，离子量子比特可以与环境解耦，实现长相干时间。
最新进展
2023年12月，离子阱量子计算
公司推出了具备32个离子量子比特的H2离子阱芯片，实现了平均保真度99.997%的单比特量子逻辑门。
结论
离子阱量子计算系统凭借其独特的优势，在实现大规模实用化量子计算的道路上备受瞩目。随着技术的不断
突破，离子阱量子计算有望解决传统计算机难以解决的复杂问题，带来颠覆性的技术变革。
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