微型離子陷阱顯示了量子硬件的3D打印的前景

來自勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL），加利福尼亞大學伯克利分校，加州大學河濱分校和加州大學聖塔芭芭拉分校的研究人員首次在創建一台大型量子計算機的最有前途的方法之一中首次破產。

肢體離子陷阱具有四極的電極，產生了波動的電勢，它捕獲了離子，重繪自然振動，類似於操場降落傘的各個末端的增加或減小如何在其表面上容納足球。陷阱通過離子限制保存數小時，在它們逃跑之前，如果離子以其主要狀態冷卻 – 它們的能量最少，它們可以用作量子位（立方體），這是量子計算機上最基本的信息單位。

由3D打印具有兩種攝影聚合（2pp），以毫米尺度的離子可以限制離子鈣陷阱，誤差頻率和具有現代操作的競爭力，並且可用於執行單一和兩千里的操作。該團隊的結論是在最近的一篇文章中發表的 出版 v 自然場地

“這是一個事實，即需要離子陷阱與多個離子一起使用的技術變化，以做我們將考慮的有關計算的事情，並且我希望我們可以開始用作計算機的東西，” Livermore Quantum Science的物理學家兼總監克里斯蒂·貝克（Christie Beck）說。

新形式和大小

對於研究人員來說，立方體應保持一致（在量子狀態下），並儘可能可靠地行事，以便有效地編碼數據並執行操作。與其他方法相比，被捕獲的離子具有更長的連貫性，並且在更高的溫度下運行 – 要求激光冷卻其主要狀態而不是低溫冷卻。

但是，性能和可伸縮性之間存在妥協。在行業中，研究人員通常使用表面電極的“平坦”離子陷阱，可以很好地擴展大規模信息處理系統的構件，但是傳統的3D結構的性能更好。該團隊在3D打印中看到了解決此問題的潛在解決方案。

工程工程人員和Siaoxing Xia Chareices的作者說：“第3D最佳的限制是我們需要捕獲離子和高頻，並且我們還可以在一個芯片上製造許多離子陷阱。” “當人們在綜合計劃發明之前與笨重的單個晶體管一起工作時，這是類似的。3d -toy可以讓我們超越這些傳統的陷阱，再到更高度集成的系統，例如我們當前的處理器。”

與普通的3D -lovushki和Flat Traps相比，打印陷阱可以將鈣離子限制在頻率更高，從而在穩定係統並提高連貫性的電極之間產生深度的諧波電位。陷阱表明了它們的穩定性，限制了兩種鈣離子，該鈣離子每隔幾分鐘就交換了每隔幾分鐘的位置，序列與最現代的序列。

該團隊還以98％的精度引入了兩公斤的成本，進行了CUBIT的單旋和測量的交通速度，這定量確定了被捕獲的離子量子門的主要錯誤來源之一。

Med工程師和Abkhida Parah的合著者說：“我對只有我們的概念證據的潛力感到興奮。” “為了能夠使用指數計算能力（來自量子計算），我們需要幾個離子彼此混淆，將它們更接近，與它們進行計算，然後將它們分開 – 可以使用3D打印結構有效地完成。”

該團隊可以在14小時內可靠地打印一個微型離子陷阱，如果僅在現有底物上打印電極，則可以在30分鐘後進行微型離子陷阱。幾乎任何配置中打印的快速原型和靈活性的可能性也使他們有機會嘗試新設計，例如基於經典的3D設計的平坦陷阱，該設計已經開發，印刷，微型化，並用於帶有低溫和房間的離子陷阱。

加利福尼亞大學伯克利分校的Quantum Physics教授和合著者Hartmuth Huffner說：“我們大大擴大了可實現的陷阱幾何形狀的範圍並增加了困難。” “隨著設計的增加空間，我們現在可以考慮如何優化和微型化離子陷阱。”

隨著項目的發展，團隊試圖將光子和電子設備集成在同一芯片中，以使整個系統更加有效和緊湊。 Bek還希望研究使量子計算機更可靠和更易於控制的方法。錯誤的最大來源是噪聲，與環境的不受控制的相互作用，這迫使量子系統表現出新的態度，而離子陷阱的表面目前是噪聲的主要來源。

她說：“如果我們能在離子附近獲取更多的材料，那麼我們知道噪音進入系統的地方將更少，因此我們希望看到更好的性能。”

潛在催化劑

該團隊希望他們的創新方法將有助於將LLNL放在地圖上，以開發離子量子計算，並成為未來合作的潛在催化劑，這將有助於將他們的想法變成商業產品。

微型離子陷阱也可以用於感測和超透明的原子鐘，如果成功將激光冷卻系統成功地縮放和集成在芯片上，它們可以成為緊湊型質譜儀的基礎，其精確的質譜量低以進行準確的計量學。 Xia還認為這是一個機會，可以證明具有高分辨率的3D打印可以為此領域帶來。

Xia說：“量子計算是3D打印的理想早期中介，因為它們想要非常高的分辨率，微妙的功能和復雜的3D幾何形狀，這是其他製造技術無法提供的。”