Sıkışmış iyon kuantum bilgisayarları ne tür iyonlar kullanır?

Sıkışmış iyon kuantum bilgisayarlar, büyük ölçekli kuantum hesaplamaya ulaşmak için en umut verici yaklaşımlardan biridir. Genel fikir, kübitleri her iyonun elektronik durumlarına kodlamak ve daha sonra iyonları elektromanyetik kuvvetlerle kontrol etmektir.

Bu bağlamda, sık sık, sıkışmış iyon sistemlerinin deneysel olarak gerçekleştirilmesinin ${}^{40}\!\operatorname{Ca}^+$ iyonları (bakınız örn.1803.10238). Her zaman böyle mi? Değilse, bu tür sıkışmış iyon sistemlerini oluşturmak için başka hangi iyonlar kullanılır veya kullanılabilir? Sıkışmış iyon cihazlarını oluşturmak için iyonların uygun şekilde kullanılması gereken temel özellikler nelerdir?

$\require{\mhchem}$

İyon tuzağı bazlı kuantum hesaplama veya ilgili deneylerde kullanılan, listelenecek neredeyse çok fazla iyon türü vardır. Olağan seçim, tekli iyonize olduğunda, lazer spektroskopileri için uygun sonuçlara sahip olan hidrojen benzeri olanıdır: Sonra güçlü, tipik olarak$20$MHz genişliğinde geçiş, lazerle erişilebilen spektrumun UV veya mavi ucundadır (tek iyonizasyondan daha yüksek iyonlara ihtiyaç duyulan iyonların hidrojen benzeri olması gibi vakum-UV yerine). Ayrıca, spektrum nispeten basit kalır (hidrojen benzeri ise), bir lazer olarak kendi lazerine ihtiyaç duyabilecek sınırlı sayıda başka durum vardır. Bir tekrarlayıcı lazere ihtiyaç duyan tek bir optik meta-kararlı duruma sahip olmak avantajlı olabilir, çünkü bu ölçümlerde ve durum preparatlarında (veya atipik olarak bir kübit durumunu temsil etmek için) kullanılabilir.

Son olarak, tipik olarak (ancak her zaman değil), hiperfin yapısına sahip bir iyon istersiniz, çünkü bu, qubit durumları olarak sadece birkaç enerji aralığına sahip hiperfin durumlarını kullanmanıza izin verir . Bu durumlar avantajlıdır, çünkü yüzyıllarca bozulma sürelerine sahiptirler, yani sadece kendiliğinden bozunmalarından hemen hemen hiç bir ayrışmaya sahip değilsiniz (ancak, iyi seçilmiş durumların sahip olduğu manyetik alanlardan ayrışmanız var, ancak doğrusal ve sadece kuadratik bağımlılık).$\mathrm{GHz}$

Düşük kütle iyonuna sahip olmak da uygundur, çünkü bu, daha yüksek hareket frekanslarına sahip bir iyon tuzağı oluşturmanıza izin verir (iyon, yük-kütle oranı yüksekse iyon daha güçlü haldedir). Yüksek hareket frekansları, iyon tuzağında daha az (anormal) ısıtma ve daha hızlı qubit geçit hızı olasılığı anlamına gelir.$2$

En popüler iyon türlerinden biri çünkü bunları göreceli basitlikle inşa edebileceğiniz spektral bir bölgede (IR ve görünür) gerekli tüm lazerlere sahipsiniz ve uygun bir meta-kararlı yaklaşık genişliğinde (ve ilgisiz yaklaşık genişliğinde bir tane) ve nükleer dönüşü nedeniyle özellikle basit bir aşırı ince yapıya sahiptir . neredeyse iyidir: Aşırı ince bir yapıya sahip olmadan yaşayabiliyorsanız, eşit derecede basit lazer gereksinimlerine ve nispeten düşük bir kütleye sahipken, lazerlerinizi$\ce{^{171}Yb^+}$ 1 , n lH z 1 / 2 , Ca +$1\ \mathrm{Hz}$$1\ \mathrm{nHz}$$1/2$$\ce{Ca^+}$$\ce{^{40}Ca^+}$$\ce{^{43}Ca^+}$ nükleer dönüşü nedeniyle oldukça karmaşık olması pahasına bir aşırı ince yapı kazanırsınız . Bazı gruplar , zor olsa da ( ) çok hafif olduğu ve sadece aynı dalga boyunda sadece lazerlere ihtiyaç duydukları için havalı olan takip etmektedir . , dahil olmak üzere birçok başka iyon deneysel olarak kullanılmıştır ve önemli özelliklerin iyi bir tasviri Chris Monroe'nun "İyon Periyodik Tablosu" nda bulunabilir .$7/2$$\ce{^9Be^+}$Sr + Hg $313\ \mathrm{nm}$$\ce{Sr^+}$$\require{\mhchem}\ce{Hg^+}$