什麼是離子阱

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。

日文名稱: イオントラップ

「離子阱」出現在1領域的2道練習題中(量子電腦硬體等)。

這個名詞所屬的領域: 量子電腦硬體

練習離子阱的題目

關於離子阱量子電腦的特徵,下列何者正確?

  1. A以困在矽 MOSFET 下方之電子的電荷作為量子位元
  2. B不使用冷凍機也不使用真空裝置,在室溫的空氣中以氣流保持離子
  3. C以在真空中被電場捕捉之離子的電子能階作為量子位元,並以雷射或微波操作
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正確答案:C. 以在真空中被電場捕捉之離子的電子能階作為量子位元,並以雷射或微波操作

離子阱平台是以電極產生的射頻電場等,使鐿或鈣等離子懸浮並排列在真空中,以離子的電子能階作為量子位元。同種離子的性質完全相同,因此沒有製造變異,相干時間長、邏輯閘保真度高是其優點。離子之間經由庫侖力共享振動,因此即使不相鄰的離子之間也能進行雙量子位元邏輯閘。另一方面,邏輯閘比超導平台慢,1 個阱中能排列的離子數量也有限,如何處理大量離子是課題。

比較超導平台與離子阱平台的敘述,下列何者最適當?

  1. A超導平台的量子位元就是原子本身,因此完全沒有製造變異
  2. B超導平台的邏輯閘較快,但量子位元主要只與相鄰者連接;離子阱平台的邏輯閘較慢,但同一阱中的離子容易直接互相連接
  3. C離子阱平台必須使用約 10 mK 的稀釋冷凍機,超導平台則在室溫運作
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正確答案:B. 超導平台的邏輯閘較快,但量子位元主要只與相鄰者連接;離子阱平台的邏輯閘較慢,但同一阱中的離子容易直接互相連接

超導平台的雙量子位元邏輯閘約為數十到數百 ns,相當快速,但量子位元是透過晶片上的電路耦合,主要只能與相鄰的量子位元連接。離子阱平台的邏輯閘一般約為數 µs 到數百 µs,常比超導平台慢 2~3 個數量級,但同一阱中的離子可透過共同的振動,以任意組合進行邏輯閘。超導量子位元是製造出來的電路,頻率會因接面的微小差異而變異,而同種的離子則全部相同。超導平台需要稀釋冷凍機,離子阱平台則需要超高真空與雷射。

解析中的「離子阱」

出現「離子阱」的題目(2題)

  1. 關於離子阱量子電腦的特徵,下列何者正確?
  2. 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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