이온 트랩 양자 컴퓨터에서 이온을 제자리에 고정하는 데 필요한 자기장은 매우 복잡하므로 현재 1D 컴퓨터 만 가능하므로 큐 비트 간의 통신이 쉬워집니다. 이 프리 프린트에서 Paul 트랩 을 사용하는 2 차원 시스템에 대한 제안이있는 것 같지만 이것이 실제로 테스트되었는지는 알 수 없습니다.
이온 트랩 양자 컴퓨터의 확장 성은 이것에만 의존합니까 (이온이 직선 이외의 구성으로 배열 될 수 있는지의 여부) 또는 다른 요소가 수반됩니까? 전자의 경우 어떤 진전이 이루어 졌습니까? 후자의 경우 다른 요인은 무엇입니까?
답변:
이온 트랩 양자 컴퓨터는 자기장이 아닌 전기장을 사용하여 빈 공간에서 이온을 유지합니다. 정적 필드 ( Earnshaw 's theorem )를 사용하는 것은 불가능 하므로 교번 필드가 사용됩니다. 효과는 이온과 같은 하전 입자가 최소 자계를 찾는 것입니다. 이 유형의 이온 트랩은 공간에서 최소를 갖는 가장 단순한 (최하위) 필드가 4 중 극자 필드이기 때문에 4 중 극자 트랩이라고도합니다. 이온을 점 또는 선으로 제한하는 필드를 배열하는 것은 간단하며 이온 트랩 양자 컴퓨터는 후자를 사용합니다. 그러나 계산에 더 많은 이온이있을 때 구분하기 어려운 이온의 모션 모드가 계산에 포함되기 때문에 규모가 조정되지 않습니다.
이 접근 방식을 확장 가능하게 만드는 두 가지 접근 방식이 있습니다. 빛 (광자)을 사용하거나 선형 이온 트랩 섹션과 같은 이온을 서로 연결하여 이온을 연결합니다. 광자를 사용하는 것은 특히 어렵고 현재 오류 수정 임계 값을 충족하는 양자 컴퓨터에서 작동 할 수있는 것과 거리가 멀기 때문에 셔틀 이온에 중점을 두겠습니다.
수학적으로 진정한 사중 극자 함정은 교차점을 갖도록 만들어 질 수 없지만 물리학 자들이 어쨌든 그것들을 만드는 것을 막지는 못했습니다. 트릭은 교차점의 중심에 4 중 극자 필드를 갖도록 할 수는 없지만 여전히 제한을 가질 수 있다는 것입니다. 그리고 정적 필드를 사용하여 이온을 제한 (대체) 필드로 약간 유도하면 충분히 강한 제한을 얻을 수 있습니다. 심지어 교차점을 가로 지르는 그러한 셔틀 링은 이온을 상당히 가열하지 않고 (움직임 상태를 변경 함) 가능하다는 것을 보여 주었다.
이러한 교차로 이온 트랩은 확장 가능합니다.
이 Schaetz et al., 2012 년 물리학 발전 보고서 " 포획 된 이온을 가진 많은 물리학의 실험적 양자 시뮬레이션 "( 시맨틱 스콜의 대체 링크 )을 확인하십시오. 요컨대 , 이온의 배열은 확장성에 대한 하나의 주요 제한 사항이지만 구성은 현재 단일 원자 라인으로 제한되지 않습니다 . 이 논문에서 단일 이온, 단일 라인, 지그재그 체인 및 3 차원 구조물을 포함하여 선형 RF 트랩의 공통 제한 전위에서 레이저 냉각 이온의 실험 형광 이미지에 대해 그림 3을 확인하십시오.
위 논문의 그림 3에서 Schaetz et al .: " 1 차원, 2 차원 및 3 차원 결정 사이에서 구조상 전이를 유도 할 수 있습니다. 예를 들어 방사상 대 축 트래핑 주파수의 비율을 줄임으로써 더 확실합니다 . " 검토 논문이 존재해야하지만 이것이 처음으로 만족스러운 것으로 밝혀졌습니다. 분명히, 현재 결과는 보편적 인 계산보다는 직접 시뮬레이션에 관한 것입니다. 예를 들어 같은 논문의 그림 13에서 : " 선형 선형 이온에서 지그재그 구조로의 구조적 위상 전이 과정에서 실험 매개 변수를 비 단열 적으로 변경합니다. 시뮬레이션 솔리톤에 적합한 위상 적으로 보호 결함으로 둘러싸인 영역에서의 최대 결정 바꿈. "
동일한 주제에, 또한 2012 년부터, 체크 아웃 다른 종이의 가치가 될 것 스핀 수백 (arXiv 버전)과 함께 갇혀 이온 양자 시뮬레이터 설계된 두 개의 차원 유망한 상호 작용 ( 자연 버전 . 당신은 그림 1과 실험 사진이 폴 트랩이 아니라 펜 트랩 (Panning trap)으로, 실제로는 양자 양자 계산이 아니라 양자 시뮬레이션의 특화된 응용이지만 , 2 차원 트랩에서 이온을 제자리에 고정시키는 것에 대한 명백한 실험적 진보입니다. 확장 성을 향한 발전.
나는 함정에 대한 전문가는 아니지만 최근 (2017) 회의에서 확장 성을 확보했습니다.
나는 실험 론자가 아니며 이러한 시스템을 깊이 연구하지는 않았지만 나의 (조잡한) 이해는 다음과 같습니다.
이온 트랩에서, 당신은 (더 많거나 적은) 이온을 라인에 가두어 야합니다. 그러나 선형 시스템이 가장 가까운 이웃 상호 작용을 할 때 즉, 각 큐빗이 바로 인접한 이웃과 만 상호 작용할 수 있기 때문에 아마도 의사 소통의 용이성 측면에서 제한이 없습니다. 이온 트랩에서는 임의의 쌍이 직접 상호 작용하기 위해 모든 이온의 공통 진동 모드에 액세스 할 수 있기 때문에 이것은 사실이 아닙니다. 실제로는 정말 좋습니다.
문제는 저장할 수있는 큐 비트 수입니다. 함정에 넣은 원자가 많을수록 에너지 수준이 더 가까워지고 제어 및 게이트를 구현하기 위해 개별적으로 다루기가 어려워집니다. 단일 트래핑 영역에있는 큐 비트 수를 제한하는 경향이 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 (그리고 오류 수정에 필요한 병렬 처리의 추가 보너스로) 사람들은 여러 가지 다른 트래핑 영역이 비행 큐 비트와 상호 작용하거나 다른 트래핑 영역 사이에서 원자를 셔틀하여 상호 작용하도록 만들려고합니다. 이 두 번째 접근 방식은 매우 진행중인 것으로 보입니다. 이것은 이론 제안이지만 기본 구성 요소를 보여주는 논문을 확실히 보았습니다 .