表面电极离子阱

表面电极离子阱把一个老想法搬到了芯片上。几十年来，物理学家用一圈金属电极组成笨重的三维笼子，把单个带电原子（离子）悬在半空中。表面阱则把这些电极压扁、铺在芯片的正面，就像一块印刷电路。离子靠电场托着，悬浮在表面上方几十微米处，而这个离子就是量子比特。它之所以重要，是因为用造普通芯片那套光刻工艺来刻电极，是目前最有希望把囚禁离子机器从寥寥几个量子比特做到许多个的路线。

囚禁之所以能成，是因为单凭静电场无法把一个带电粒子定住，它总会从某个方向滑走。于是芯片给少数几个电极加上高速的射频（RF）电压，造出一个快速振荡的电场，平均下来把离子不断推回一条中心线上。另一些电极加上稳定的直流电压，沿这条线把离子的位置钉住，并让设计者能把离子来回挪动、分开，或在不同区域之间穿梭。然后用激光束，或越来越多地用刻在芯片里的波导送来的光，去冷却离子、制备它的状态、执行门操作，并通过收集它散射出的光子来读出它。

目前的处境是：这些芯片上的囚禁离子，在门保真度和量子比特保持相干的时长上，握着这一领域里最好的一批数字，因为每个离子都是一个真实的原子，彼此完全相同，又与周围环境隔离得很好。诚实的难处在于速度和集成。用激光驱动的门远慢于超导芯片的微波门，附近表面带来的杂散电场会加热离子的运动，而要把激光、光学元件、光电探测器和布线全都塞进一块低温芯片、去支撑成千上万个离子，仍是早期阶段的工程。包括离子阱在内，还没有哪种量子比特路线明显胜出。