磁场中的量子计算用于更多量子比特的新型离子阱

苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的一个研究小组对当前量子计算机的极限进行了研究。最大的挑战之一是将量子计算机扩展到远远超过 100 个量子比特。目前，只有一些拥有几百个量子比特的模型在实际使用中。德国尤里希研究中心（Jülich Research Center）也有超过一千个量子比特的量子计算机，但他们尚未能真正展示自己的能力。

为了解决这个问题，研究人员选择了一种尽可能稳定的方法，而且只需花费很少的精力就能构建。带有无线电辐射的离子阱可以保持稳定的量子态，因此被认为很有前途。

然而，每个离子阱都需要空间，最终代表一个量子比特。无线电辐射源需要大量能量。电路之间的干扰和对特殊材料的需求也会增加成本、增加能耗和降低效率。

为了解决这个问题，我们采用了一种离子阱，利用强度为 3 特斯拉的磁场来代替无线电辐射。这个数值属于典型的磁共振断层成像仪的范围，即相当高。尽管如此，以这种方式建造的阱应该非常紧凑。下一步是将几个类似的结构组合成一个更复杂的电路。

发表在《自然》杂志上的研究显示了https://www.nature.com/articles/s41586-024-07111-x这种方法的更多优点。与无线电辐射相比，整个离子阱的磁场强度相同。这样就能更好地控制离子。例如，研究小组能够在几微米大小的区域内移动单个铍离子。表面上可以有 100 多个不同的位置。

得益于灵活的定位，离子阱的许多其他应用都是可以想象的。在可接受的条件下（尺寸、效率），它甚至有可能成为量子计算机，实现人们期待已久的功能（真正的高性能）。