基于捕获离子的量子计算机
1985年Deutsch D证明，利用量子叠加态以及纠缠态进行信息处理，有时会比经典计算机更为有效。以相互纠缠的两个量子位为例，我们可以将它的初始态制成4个输入数据的相干叠加态，即：W> = 00>+11>+01>+10> 。当我们使用量子逻辑门，对量子态W>进行线性运算, 与经典计算的根本区别在于，每次操作是对4个数据同时进行的（并行操作，分布式计算）。
在具有潜在优势的各种物理系统中，利用捕获的离子实现量子计算被公认是目前最成功的方案。最近，Ospelkaus C等，以及 Timoney N等分别在Nature 上撰文，报告了他们在操控捕获离子方面的新进展。研究表明：用捕获离子代表一个个量子位，这样的物理系统（在未来的实践中, 大约包含数百万个相互纠缠的离子）在执行大规模量子计算的任务中，潜能巨大。
类似于经典计算机，在量子计算机中基本组成是量子门，即对量子比特（qubits）实施操控的线路，如：与、或、非门，等等。如前所述，若干量子比特之间的相互纠缠是量子门实现并行操控的基础。一群离子的纠缠将导致非直观的现象：当我们依次测量一个个离子的自旋，测量结果之间是相互关联的；而对于没有纠缠关系的一群离子，测量结果将是完全随机的。
在过去的几年中，我们看到了一批有关量子信息处理的突破性进展，它涉及离子捕获、基于纠缠的量子算法、量子隐形传态等。上述成果，几乎无一例外地使用激光束，用以实现离子间的纠缠以及操控。不幸, 激光束的使用带来了花费高且聚焦困难等问题。Ospelkaus等这次使用的操控手段不是激光，而是使用微波，成功地实现了第一个微波量子门操控。另一方面，Timoney等的新进展，同样涉及微波。用微波反复照射离子，使之达到一个态，这个态与外部的干扰退耦合。这项技术可以大大遏制执行计算任务的物理系统发生退相干。使用微波的最大好处在于：可以使用波导结构（它被刻在微芯片上）引导微波辐射按特定的路线行进，以便微波与特定离子（借助于芯片上的电极，离子刚好被捕获于芯片表面）发生相互作用。
（戴闻 编译自 Nature 476（2011）：155，181和185）
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