俘获离子量子 CCD 计算机体系结构演示

梅尔 ·海, 菲加 特·
美国计算机工程学院

摘要

俘获离子量子电荷耦合器件 (QCCD) 提案为使用移动离子作为量子位的通用量子计算机制定了蓝图。 类似于
电荷耦合器件 (CCD) 相机，它将成像信息存储和处理为耦合像素中的可移动电荷，QCCD 计算机将量子信息存储在带
电离子的内部状态中，这些离子使动态电在不同处理区域之间传输。QCCD 架构的承诺是通过将量子相互作用限制
在多个小离子晶体上，然后将这些晶体的组成离子物理分裂并重新排列成新的晶体，在新晶体中发生进一步的相互
作用，从而保持在小离子捕获实验中证明的低错误率。这种方法利用了相对于量子位的相干时间快的传输时间尺度、
离子的量子位状态对用于传输的电场的不敏感性，以及空间分离的晶体提供的低串扰。 然而，设计一台能够跨多个
交互区域以低误差执行这些操作的机器会带来许多困难，这减缓了将这种架构扩展到更大量子比特数的进展。 在这
里，我们使用低温表面阱将 QCCD 架构的所有必要元素（可扩展的阱设计、平行相互作用区和快速离子传输）集成
到可编程离子阱量子计算机中，该计算机具有与实现的低错误率一致的系统性能。在单个离子晶体中，我们应用这
种方法，使用中路测量和可忽略的串扰误差来实现传送的 CNOT 门。这些结果表明 QCCD 架构为高性能量子计算机
提供了一条可行的途径。

关键词

俘获离子量子，计算机体系结构

参考

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