Un átomo o molécula con carga eléctrica neta debido a la pérdida o ganancia de electrones, utilizado aquí como qubits.Un ion es un átomo o molécula que ha ganado o perdido uno o más electrones, lo que le confiere una carga eléctrica neta positiva o negativa. Esta carga hace que los iones respondan a campos eléctricos y magnéticos, razón por la cual se utilizan como qubits en computadoras cuánticas de iones atrapados. En tales sistemas, los iones se mantienen en su lugar mediante trampas electromagnéticas y se manipulan con láseres para realizar operaciones cuánticas.
El término 'ion' fue acuñado por Michael Faraday en 1834, basándose en la palabra griega que significa 'ir', porque los iones se desplazan hacia los electrodos en un campo eléctrico. El uso de iones atrapados como qubits fue propuesto por Ignacio Cirac y Peter Zoller en 1995, y las primeras demostraciones siguieron poco después.
Cuando un átomo pierde un electrón, se convierte en un ion con carga positiva; cuando gana uno, se vuelve con carga negativa. La carga permite confinar los iones mediante campos eléctricos en una trampa de Paul, donde forman una estructura similar a un cristal. Luego, se utilizan láseres para excitar los iones a diferentes estados cuánticos, y sus niveles de energía internos sirven como los estados 0 y 1 de un qubit. Los iones interactúan entre sí mediante su repulsión de Coulomb, lo que permite operaciones entrelazadas.
Los iones atrapados se utilizan en computadoras cuánticas para investigación y cómputo a pequeña escala, así como en espectrometría de masas para análisis químico y en propulsores iónicos para la propulsión de naves espaciales.
La primera computadora cuántica de iones atrapados se construyó en 1995, y las versiones actuales pueden mantener la coherencia cuántica durante más de un minuto, lo cual es notablemente largo para un sistema cuántico.
