超導量子位元與離子阱量子位元的差異：原理、運作環境、邏輯閘速度、相干時間、連接方式比較

適用於什麼情況

超導量子位元

想發揮邏輯閘速度快的優點，在短時間內執行大量電路時。能運用半導體製造技術，是較容易在晶片上排列大量量子位元的方式。

離子阱量子位元

想發揮相干時間長、量子位元之間能自由連接的優點時。單次邏輯閘雖慢，但量子位元之間耦合多的電路，較容易在不額外調換連接的情況下執行。

理解度檢測

1. 關於廣泛用於讀取超導量子位元的色散讀取，其原理下列何者正確？
2. 關於離子阱量子電腦的特徵，下列何者正確？
3. 比較超導平台與離子阱平台的敘述，下列何者最適當？

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相關名詞的解說

量子位元

量子電腦中表示資訊的單位。可以處於 |0⟩ 與 |1⟩ 的疊加態 α|0⟩ + β|1⟩，量測時以機率 |α|² 得到 0、以機率 |β|² 得到 1。可用超導電路、離子、中性原子、矽中電子的自旋、光子等實現。

Transmon 量子位元

由約瑟夫森接面與電容組合而成的超導量子位元。頻率一般為數 GHz，接面的非線性使能階間隔不相等，因此以最低的 2 個能階作為量子位元。其設計不易受電荷雜訊影響，廣泛用於超導平台。

約瑟夫森接面

以 2 個超導體夾住厚約 1～2 nm 的薄絕緣膜等的結構。超導電流可在不產生電壓的情況下流過，作用如同無損耗的非線性電感。用於超導量子位元、超高靈敏度的磁感測器（SQUID）、電壓標準等。用於量子位元時，一般以鋁與其氧化膜製作。

稀釋冷凍機

使用氦-3 與氦-4 混合液，連續產生約 10 mK 極低溫的冷凍機。用於超導量子位元與矽自旋量子位元的運作。最冷一段的冷卻能力只有約十幾到數十 µW，因此從配線流入的熱是大規模化的課題。

離子阱

以電場等把離子保持在真空中的裝置，或使用它的量子電腦方式。以離子的電子能階作為量子位元，並以雷射或微波操作。量子位元全部相同、相干時間長、保真度高，但邏輯閘比超導平台慢。

退相干

量子位元因與周圍環境交互作用，失去疊加態的相位與能量資訊，量子性質逐漸被破壞的現象。以能量弛豫時間 T1 與相位弛豫時間 T2 表示其速度。

量子邏輯閘

改變量子位元狀態的基本操作。有 X（位元翻轉）、Z（相位翻轉）、H（阿達瑪）等單量子位元邏輯閘，以及 CNOT 等雙量子位元邏輯閘，可在布洛赫球上表示為旋轉。超導量子位元以微波脈衝實現，離子與中性原子則以雷射等實現。

相關的比較

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