表面電極離子阱

表面電極離子阱把一個老想法搬到了晶片上。幾十年來，物理學家用一圈金屬電極組成笨重的三維籠子，把單個帶電原子（離子）懸在半空中。表面阱則把這些電極壓扁、鋪在晶片的正面，就像一塊印刷電路。離子靠電場托著，懸浮在表面上方幾十微米處，而這個離子就是量子位元。它之所以重要，是因為用造普通晶片那套微影製程來刻電極，是目前最有希望把囚禁離子機器從寥寥幾個量子位元做到許多個的路線。

囚禁之所以能成，是因為單憑靜電場無法把一個帶電粒子定住，它總會從某個方向滑走。於是晶片給少數幾個電極加上高速的射頻（RF）電壓，造出一個快速振盪的電場，平均下來把離子不斷推回一條中心線上。另一些電極加上穩定的直流電壓，沿這條線把離子的位置釘住，並讓設計者能把離子來回挪動、分開，或在不同區域之間穿梭。然後用雷射束，或越來越多地用刻在晶片裡的波導送來的光，去冷卻離子、製備它的狀態、執行閘操作，並透過收集它散射出的光子來讀出它。

目前的處境是：這些晶片上的囚禁離子，在閘保真度和量子位元保持相干的時長上，握著這一領域裡最好的一批數字，因為每個離子都是一個真實的原子，彼此完全相同，又與周圍環境隔離得很好。誠實的難處在於速度和整合。用雷射驅動的閘遠慢於超導晶片的微波閘，附近表面帶來的雜散電場會加熱離子的運動，而要把雷射、光學元件、光電探測器和佈線全都塞進一塊低溫晶片、去支撐成千上萬個離子，仍是早期階段的工程。包括離子阱在內，還沒有哪種量子位元路線明顯勝出。