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A trapped ion quantum computer is one proposed approach to a large-scale quantum computer. Ions, or charged atomic particles, can be confined and suspended in free space using electromagnetic fields. Qubits are stored in stable electronic states of each ion, and quantum information can be transferred through the collective quantized motion of the ions in a shared trap (interacting through the Coulomb force). Lasers are applied to induce coupling between the qubit states (for single qubit operations) or coupling between the internal qubit states and the external motional states (for entanglement between qubits). The fundamental operations of a quantum computer have been demonstrated experimentally with the currently highest accuracy in trapped ion systems. Promising schemes in development to scale the system to arbitrarily large numbers of qubits include transporting ions to spatially distinct locations in an array of ion traps, building large entangled states via photonically connected networks of remotely entangled ion chains, and combinations of these two ideas. This makes the trapped ion quantum computer system one of the most promising architectures for a scalable, universal quantum computer. As of April 2018, the largest number of particles to be controllably entangled is 20 trapped ions. (en) 포획 이온 양자컴퓨터는 큰 규모의 양자컴퓨터를 위해 제안된 하나의 접근법이다. 이온이나 대전된 소립자는 전자기장을 이용하여 자유 공간에 갇히고 매달려질 수 있다. 큐비트들은 각 이온의 안정된 전자상태로 저장되며, 양자 정보는 쿨롱 힘을 통해 상호작용하는 공유된 덫 안의 이온들의 집단적 양자화된 운동을 통해 운반될 수 있다. 레이저는 큐비트 상태(단일 큐비트 연산을 위한)간이나 내부적 큐비트 상태와 외부적 운동 상태(큐비트간의 얽힘을 위한) 사이의 커플링(coupling)을 유도하기 위해 적용된다. 양자컴퓨터의 근본적 연산은 포획 이온 시스템의 현존 최고의 정확성으로써 경험적으로 시연된다. 시스템을 임의의 많은 수의 큐비트들로 확장하는 개발의 유망한 계획들은 이온을 이온 덫의 배열 안의 공간적으로 구별되는 위치들에 운반하는 것과 멀리 떨어져 얽혀 있는 이온 체인의 광자적으로 연결된 네트워크를 통해 거대한 얽힌 상태를 구축하는 것, 그리고 이 두 아이디어의 결합을 포함한다. 이것에 의해 포획 이온 양자컴퓨터 시스템은 확장성과 보편성이 있는 양자컴퓨터를 위한 구조 중 가장 유망한 축에 들게 된다. 2018년 4월 기준으로, 20개의 포획된 이온들이 가장 많은 수의 입자가 제어 가능하게 얽힌 것이다. (ko) イオントラップ型量子コンピュータ（イオントラップがたりょうしコンピュータ）は、量子情報の格納にイオントラップを利用した計算方式であり、大規模量子コンピュータの実現方法の一つ。電磁場を用いて荷電粒子（イオン）を自由空間内に閉じ込めて保持（トラップ）し、量子ビットを粒子の安定な電子的状態として格納する。一つのイオントラップで各量子ビットに対応した複数の荷電粒子をトラップでき、量子情報は各荷電粒子の集団量子化運動（クーロン力による相互作用）を介して相互に転送される。主に量子ゲートを実現する上での理由から、量子ビットの表現にイオン状態（内部スピン状態 0/1）とフォノン状態（外部運動状態 0/1）という二種類の状態表現が用いられ、必要に応じて使い分けられるという特徴がある。これらの量子状態と量子ビットの関連付け（カップリング）や、イオン状態とフォノン状態の関連付けにはレーザーが用いられる。前者は初期化・回転・測定といった単一量子ビットの操作に、後者は制御NOTゲートといった多入力量子ゲートにおける量子もつれの操作に必要である。 イオントラップ型量子コンピュータは、現在知られているものの中では、量子コンピュータの基本演算を最も高い精度で行うことができる計算方式である。また、これを任意の数の量子ビットへとスケール（拡張）させるために有力視されている仕組みとして、複数のイオントラップ間で量子情報を転送する方法や、量子テレポーテーションを用いた光子接続ネットワークによる大規模な量子もつれ状態の構築、およびこれら二つのアイデアの組み合わせなどが開発されている。 これらの技術は、イオントラップ方式による汎用的な大規模量子コンピュータの実現を非常に現実的なものにしている。2018年4月現在、最大で20個のイオン間の量子もつれがこの方式で制御可能であることが分かっている。 (ja) |
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A trapped ion quantum computer is one proposed approach to a large-scale quantum computer. Ions, or charged atomic particles, can be confined and suspended in free space using electromagnetic fields. Qubits are stored in stable electronic states of each ion, and quantum information can be transferred through the collective quantized motion of the ions in a shared trap (interacting through the Coulomb force). Lasers are applied to induce coupling between the qubit states (for single qubit operations) or coupling between the internal qubit states and the external motional states (for entanglement between qubits). (en) 포획 이온 양자컴퓨터는 큰 규모의 양자컴퓨터를 위해 제안된 하나의 접근법이다. 이온이나 대전된 소립자는 전자기장을 이용하여 자유 공간에 갇히고 매달려질 수 있다. 큐비트들은 각 이온의 안정된 전자상태로 저장되며, 양자 정보는 쿨롱 힘을 통해 상호작용하는 공유된 덫 안의 이온들의 집단적 양자화된 운동을 통해 운반될 수 있다. 레이저는 큐비트 상태(단일 큐비트 연산을 위한)간이나 내부적 큐비트 상태와 외부적 운동 상태(큐비트간의 얽힘을 위한) 사이의 커플링(coupling)을 유도하기 위해 적용된다. (ko) イオントラップ型量子コンピュータ（イオントラップがたりょうしコンピュータ）は、量子情報の格納にイオントラップを利用した計算方式であり、大規模量子コンピュータの実現方法の一つ。電磁場を用いて荷電粒子（イオン）を自由空間内に閉じ込めて保持（トラップ）し、量子ビットを粒子の安定な電子的状態として格納する。一つのイオントラップで各量子ビットに対応した複数の荷電粒子をトラップでき、量子情報は各荷電粒子の集団量子化運動（クーロン力による相互作用）を介して相互に転送される。主に量子ゲートを実現する上での理由から、量子ビットの表現にイオン状態（内部スピン状態 0/1）とフォノン状態（外部運動状態 0/1）という二種類の状態表現が用いられ、必要に応じて使い分けられるという特徴がある。これらの量子状態と量子ビットの関連付け（カップリング）や、イオン状態とフォノン状態の関連付けにはレーザーが用いられる。前者は初期化・回転・測定といった単一量子ビットの操作に、後者は制御NOTゲートといった多入力量子ゲートにおける量子もつれの操作に必要である。 (ja) |
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イオントラップ型量子コンピュータ (ja) 포획 이온 양자컴퓨터 (ko) Trapped ion quantum computer (en) |
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