离子阱量子比特

离子阱量子比特把量子信息存放在单个带电原子（也就是一个离子）的内部。你可以想象一个原子几乎纹丝不动地悬浮在真空里，被精心塑形的电场和磁场固定在那儿，就像一颗玻璃弹珠停在一只看不见的碗底。这个原子有若干内部能级，你从中挑出两个分别代表 |0> 和 |1>。由于原子被托举在远离任何表面的地方，又天生与同类的每一个原子完全相同，它与外界的喧嚣环境隔离得极好，能在可用的量子态上停留很久。你向它写入、从它读取，靠的是用精确调谐的激光（或微波）照射它：激光把原子在选定的两个能级之间轻轻推动，而另一束激光让原子在一种态下明亮发光、在另一种态下保持黑暗，于是相机就能分辨出它处在哪一态。

它最大的实用优势是相干时间长（量子比特能保持自身状态相对很久，噪声才会把它搅乱）和门保真度很高（每次操作的结果都非常接近你想要的，误差很少）。同一离子阱里的离子还能与许多伙伴「对话」，因为它们共享一种公共的振动运动，这让两量子比特门很灵活。不过权衡是实实在在的：每次操作都由激光和那种机械运动来驱动，所以门通常比超导芯片上的要慢，而且扩大规模很难。把一百个甚至一千个离子关在同一个阱里、各自由专属的稳定激光束逐一寻址，很快就会变得难以驾驭——正因如此，大量工程精力都投在把许多个较小的阱连接起来，而不是去造一个巨大的阱。