อิออนควอนตัมที่ติดกับคอมพิวเตอร์ชนิดใดที่ใช้

คอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนที่ถูกดักจับเป็นวิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการคำนวณควอนตัมขนาดใหญ่ ความคิดทั่วไปคือการเข้ารหัส qubits ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละไอออนแล้วควบคุมไอออนผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

ในบริบทนี้ฉันมักจะเห็นว่าการใช้ระบบไอออนที่ติดอยู่นั้นใช้การทดลอง ions (ดูเช่น1803.10238 ) เป็นเช่นนี้เสมอหรือไม่ ถ้าไม่มีอิออนชนิดอื่น ๆ หรือสามารถใช้ในการสร้างระบบไอออนที่ติดอยู่เหล่านี้ อะไรคือคุณสมบัติหลักที่ไอออนต้องใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่ติดกับไอออนอย่างสะดวก${}^{40}\!\operatorname{Ca}^+$

$\require{\mhchem}$

มีอิออนสปีชี่มากเกินไปที่จะแสดงรายการที่ใช้ในการคำนวณควอนตัมที่ใช้กับดักหรือการทดลองที่เกี่ยวข้อง ตัวเลือกปกติคือตัวเลือกหนึ่งซึ่งก็คือเมื่อแตกตัวเป็นไอออนไฮโดรเจนซึ่งมีผลต่อความสะดวกในการสเปคตรัมเลเซอร์ของพวกเขา: จากนั้นอนุภาคที่แข็งแกร่งมักจะ$20$การเปลี่ยนแปลงที่กว้างของ MHz นั้นอยู่ในช่วง UV หรือสีน้ำเงินของสเปกตรัมเลเซอร์ที่เข้าถึงได้ (แทนที่จะเป็นสูญญากาศ - UV เหมือนกับไอออนที่ต้องการไอออนสูงกว่าอิออนไนซ์เดียวเพื่อให้กลายเป็นเหมือนไฮโดรเจน) นอกจากนี้สเปกตรัมยังคงค่อนข้างง่าย (ถ้ามันเป็นเหมือนไฮโดรเจน) หมายถึงมีจำนวน จำกัด ของรัฐอื่น ๆ ที่อาจต้องใช้เลเซอร์ของตัวเองเป็นเลเซอร์ repumper มันอาจเป็นประโยชน์ที่จะมีสถานะออปติคัลเมตาแบบเดียวที่ต้องการเลเซอร์ repumper เพราะสามารถใช้ในการวัดและการเตรียมสถานะ (หรือผิดปรกติเพื่อเป็นตัวแทนหนึ่งสถานะควิบิต)

สุดท้ายคุณโดยทั่วไป (แต่ไม่เสมอไป) ต้องการไอออนที่มีโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์เนื่องจากช่วยให้คุณใช้สถานะไฮเปอร์ไฟน์ที่มีระยะห่างพลังงานเพียงไม่กี่สถานะเป็น qubit รัฐเหล่านี้มีข้อได้เปรียบเพราะมีเวลาการสลายตัวนานนับศตวรรษซึ่งหมายความว่าคุณไม่มี decoherence เพียงแค่จากการสลายตัวที่เกิดขึ้นเอง (แต่คุณมี decoherence จากสนามแม่เหล็กซึ่งรัฐที่ได้รับการคัดเลือกอย่างดีอย่างไรก็ตามไม่มีเชิงเส้นและกำลังสองเท่านั้น การพึ่งพาอาศัยกัน)$\mathrm{GHz}$

นอกจากนี้ยังสะดวกในการมีอิออนมวลต่ำเพราะช่วยให้คุณสร้างกับดักอิออนที่มีความถี่ในการเคลื่อนที่สูงกว่า (อิออนจะถูก จำกัด อย่างยิ่งถ้าระดับประจุต่อมวลสูงมาก) ความถี่สูงบ่งบอกถึงโปรโมชั่นน้อย (ผิดปกติ) ความร้อนภายในไอออนกับดักและเป็นไปได้ของเร็วขึ้นความเร็วประตู -qubit$2$

หนึ่งในสายพันธุ์ไอออนที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือเพราะคุณมีเลเซอร์ที่จำเป็นทั้งหมดในพื้นที่สเปกตรัม (IR และมองเห็นได้) ซึ่งคุณสามารถสร้างมันด้วยความเรียบง่ายแบบสัมพัทธ์และมี meta-เสถียร รัฐประมาณความกว้าง (และหนึ่งมีประมาณความกว้างที่ไม่เกี่ยวข้อง) และมันมีโครงสร้าง hyperfine ง่ายโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการปั่นนิวเคลียร์ของ1/2เกือบจะดี: ถ้าคุณสามารถมีชีวิตอยู่ได้โดยไม่ต้องมีโครงสร้าง hyperfineมีข้อกำหนดเลเซอร์ที่เรียบง่ายและมีมวลค่อนข้างต่ำในขณะที่ปรับเลเซอร์สำหรับ$\ce{^{171}Yb^+}$$1\ \mathrm{Hz}$$1\ \mathrm{nHz}$$1/2$$\ce{Ca^+}$$\ce{^{40}Ca^+}$$\ce{^{43}Ca^+}$คุณได้รับโครงสร้าง hyperfine ค่าใช้จ่ายของมันเป็นที่ค่อนข้างซับซ้อนหนึ่งเนื่องจากการปั่นนิวเคลียร์7/2บางกลุ่มมีซึ่งเจ๋งเพราะเบาและต้องการเลเซอร์ที่ความยาวคลื่นเท่ากัน แต่ก็ยาก ( ) ไอออนอื่น ๆ อีกมากมายได้ถูกนำมาใช้ทดลองรวมทั้ง ,และเป็นภาพที่ดีของคุณสมบัติที่สำคัญสามารถพบได้ที่คริสมอนโร "ไอออนตารางธาตุ"$7/2$$\ce{^9Be^+}$$313\ \mathrm{nm}$$\ce{Sr^+}$$\require{\mhchem}\ce{Hg^+}$