Які види іонів використовують квантові комп'ютери в пастці?

Квантові комп'ютери в пастці з іонами є одними з найбільш перспективних підходів до проведення масштабних квантових обчислень. Загальна ідея полягає в кодуванні кубітів в електронні стани кожного іона, а потім управління іонами за допомогою електромагнітних сил.

У цьому контексті я часто бачу, що для експериментальної реалізації систем захоплених іонів використовують іони Ім'я (див., Наприклад, 1803.10238 ). Це завжди так? Якщо ні, то які інші види іонів є або можуть бути використані для побудови таких типів систем захоплених іонів? Назвіть основні характеристики, які повинні бути зручні для використання іонів для побудови пристроїв, захоплених іонами?${}^{40}\!\operatorname{Ca}^+$

$\require{\mhchem}$

У списку є майже занадто багато видів іонів, які були використані в квантових обчисленнях на основі іонів або пов'язаних з ними експериментах. Звичайний вибір - це той, що, коли іонізований, воднеподібний, що має зручні наслідки для їх лазерної спектроскопії: тоді сильний, як правило, $20$МГц широкий перехід лежить у УФ-синьому кінці лазерно-доступного спектру (а не у вакуум-УФ, як для іонів, які потребують вищої, ніж одинична іонізація, щоб стати подібною до водню). Крім того, спектр залишається відносно простим (якщо він схожий на водень), тобто існує обмежена кількість інших станів, яким може знадобитися власний лазер як лазер-репупер. Може бути вигідним мати один оптичний метастабільний стан, який потребує лазерного випромінювання, оскільки це може бути використано для вимірювань та препаратів стану (або, як правило, для представлення одного стану кубіту).

Нарешті, ти зазвичай (але не завжди) хочеш іона, який має гіпертонку структуру, оскільки це дозволяє використовувати гіпертонкі стани з лише кількома енергетичними інтервалами як кубітні стани. Ці стани є вигідними, оскільки вони мають багатовікові часи занепаду, це означає, що ви практично не маєте належності просто від їхнього спонтанного розпаду (але ви маєте декогерентність від магнітних полів, у яких добре вибрані стани, однак, не мають лінійних і лише квадратичних залежність).$\mathrm{GHz}$

Зручно також мати іон з низькою масою, оскільки це дозволяє створити іонну пастку з більш високими рухомими частотами (іон сильніше обмежений, якщо його співвідношення заряд-маса високе). Високі рухомі частоти передбачають менший (аномальний) нагрівання всередині іонної пастки та можливість більш швидких кубітних швидкостей затвора.$2$

Одним з найпопулярніших видів іонів є тому що у вас є всі необхідні лазери в спектральній області (ІК та видимі), де ви можете побудувати їх з відносною простотою і є зручна метастабільна стан приблизно шириною (і такий, що має близько ширини, що не має значення), і він має особливо просту гіперфінічну структуру завдяки ядерному спіну . майже так само добре: якщо ви можете жити без гіпертонічної структури, має однаково прості лазерні вимоги та відносно низьку масу, налаштовуючи лазери на$\ce{^{171}Yb^+}$ 1 н Н г 1 / 2 Са +$1\ \mathrm{Hz}$$1\ \mathrm{nHz}$$1/2$$\ce{Ca^+}$$\ce{^{40}Ca^+}$$\ce{^{43}Ca^+}$ви отримуєте гіпертонку структуру за рахунок того, що вона є досить складною завдяки ядерному спіну . Деякі групи переслідують що здорово, оскільки він такий легкий і потребує лише лазерів на однаковій довжині хвилі, хоч і важкої ( ). Експериментально використовуються багато інших іонів, включаючи , і хороше зображення важливих властивостей можна знайти в «Періодичній іонній таблиці» Кріса Монро .$7/2$$\ce{^9Be^+}$Sr + Hg $313\ \mathrm{nm}$$\ce{Sr^+}$$\require{\mhchem}\ce{Hg^+}$