Un qubit encodé dans les états électroniques internes, hyperfins ou Zeeman d'un ion refroidi par laser et confiné dans un piège électromagnétique (piège de Paul ou de Penning), avec contrôle cohérent fourni par des lasers ou micro-ondes et opérations d'intrication médiées par des modes de mouvement partagés ou des interconnexions photoniques.

Principe

Isoler des ions atomiques uniques en ultra-haut vide avec des champs de piégeage électromagnétiques pour exploiter des niveaux d'énergie atomiques intrinsèquement identiques et bien caractérisés ; utiliser des transitions conduites par laser/micro-ondes et le couplage aux modes de mouvement pour réaliser des portes de haute fidélité.

Démonstration

Deux ions piégés dans un piège de Paul linéaire préparés en états qubit hyperfins et intriqués via une porte Mølmer–Sørensen utilisant des champs laser bicolores, démontrant préparation d'état, portes de haute fidélité (>99,9 % dans certains cas) et temps de cohérence de secondes à minutes pour des qubits hyperfins.

Mauvaise application

Supposer que les qubits piégés s'extensent trivialement à des millions de qubits sans aborder les défis d'ingénierie tels que l'acheminement des faisceaux laser, les interférences, le chauffage des modes de mouvement, le déplacement d'ions et la complexité des interconnexions photoniques.

Conséquence

Fidélités de porte simples et doubles très élevées, longs temps de cohérence et excellentes préparations/mesures d'état, faisant des pièges d'ions une plateforme de premier plan pour le traitement quantique d'information à haute fidélité à petite et moyenne échelle, tout en posant des défis d'ingénierie pour la montée en échelle.

Inversion

Les qubits en solide (supraconducteurs, spins dans des solides) où le qubit est embarqué dans un environnement de matière condensée et interagit plus fortement avec des sources de bruit matériel proches, offrant typiquement des portes plus rapides mais une cohérence plus courte et des compromis d'évolutivité différents.

Limite

S'applique aux ions atomiques confinés par des champs électromagnétiques dans des pièges en vide poussé et contrôlés par champs optiques ou micro-ondes ; exclut les réseaux d'atomes neutres en pincettes, les ions liés dans des solides et les vapeurs atomiques ensemblistes.

Tension sémantique

Tension entre la supériorité en fidélité et cohérence de la plateforme et les difficultés pratiques à faire évoluer les systèmes optiques et le matériel sous vide ; les approches concurrentes échangent l'intégration classique pour d'autres profils de connectivité et de vitesse.

Synthèse

Un qubit de piège d'ions est un qubit atomique basé sur des ions piégés dans des potentiels électromagnétiques, contrôlé par lasers ou micro-ondes et intriqué via le mouvement partagé ou des photons, offrant une cohérence et des fidélités exceptionnelles mais des défis d'ingénierie pour l'échelonnement.