作为量子信息处理器的冷囚禁离子

在本教程中，我们综述使用冷囚禁离子系统对量子计算进行的物理实现。我们系统地讨论使该实现成为可能的各个方面。首先，我们梳理线性 Paul 陷阱中原子离子的装载与囚禁，然后描述囚禁离子的集体振动运动。进一步，我们讨论离子与激光束的相互作用。我们在行波与驻波构型下处理偶极与四极跃迁的相互作用。我们综述与囚禁离子相关的不同激光冷却技术。我们论述 Doppler 冷却、Lamb-Dicke 极限内外的边带冷却、协同冷却以及利用电磁诱导透明的激光冷却。此后我们讨论利用电子 shelving 方法的状态探测问题。接着描述量子门。我们引入单量子比特旋转、双量子比特受控非门以及多量子比特受控非门。我们也评论更先进的多量子比特逻辑门。我们描述量子逻辑网络如何用于任意纯量子态的合成。最后，我们讨论量子门的速度并给出一些数值估计。附录中包含关于非共振跃迁动力学的讨论，涉及弱耦合区与 Lamb-Dicke 区的定性估计。