离子阱量子计算：低调而二能级系统，也就是我们所说的量子比特。

对于单个囚禁离子中的二能级系统，我们可以将能量较高的状态标记为|1⟩态，而将能量较低的状态标记为|0⟩态。由于离子内部能级之间的遵循的概率性原理，单个离子的能量状态可以同时处于|1⟩态和|0⟩态的，使其能够作为离子量子比特参与的并行运算。

进一步来说，如果我们能在离子阱系统中稳定囚禁N个离子，理论上就可以编码N个独立的离子量子比特。在特定的激光光场和微波场的精确控制下，这些离子量子比特能够进行2的N次方的并行量子运算，展现出量子计算机强大的并行处理能力。

离子阱量子计算芯片

在深入探讨离子阱量子计算系统时，我们不得不提到其朝着规模化和集成化方向发展的一个重要里程碑——基于离子阱量子计算芯片的离子输运方案，这一方案也被称作QCCD（Quantum computing on a Chip）

离子阱量子计算芯片被设计成拥有多个空间功能区域，这些区域通过调节复合电场来实现离子在不同功能区域之间的精确输运。这些区域分别承担着量子比特的存储、操作、测量等关键任务。通过这些操作的有机组合，QCCD方案能够确保每次量子操作的保真度不会因为总离子数的增加而降低，这是实现大规模通用量子计算的关键所在。

基于离子阱量子计算芯片的离子输运方案（QCCD方案）的示意图。

正是凭借着优异的性能表现，离子阱量子计算芯片的研究受到了美国国家核安全局下属的桑迪亚（Sandia）国家实验室的持续投入。早在2010年，桑迪亚国家实验室制备和测试了第一款离子阱量子计算芯片，并且成功实现了40Ca+的囚禁；随后在2016年，桑迪亚国家实验室研制出新一代的离子阱量子计算芯片HOA-2.0，