Un atome ou une molécule avec une charge électrique nette due à la perte ou au gain d'électrons, utilisé ici comme qubit.Un ion est un atome ou une molécule qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, ce qui lui confère une charge électrique nette positive ou négative. Cette charge rend les ions sensibles aux champs électriques et magnétiques, c'est pourquoi ils sont utilisés comme qubits dans les ordinateurs quantiques à ions piégés. Dans de tels systèmes, les ions sont maintenus en place par des pièges électromagnétiques et manipulés à l'aide de lasers pour effectuer des opérations quantiques.
Le terme « ion » a été inventé par Michael Faraday en 1834, d'après le mot grec signifiant « qui va », car les ions se déplacent vers les électrodes dans un champ électrique. L'utilisation d'ions piégés comme qubits a été proposée par Ignacio Cirac et Peter Zoller en 1995, et les premières démonstrations ont suivi peu après.
Lorsqu'un atome perd un électron, il devient un ion chargé positivement ; lorsqu'il en gagne un, il devient chargé négativement. La charge permet de confiner les ions à l'aide de champs électriques dans un piège de Paul, où ils forment une structure semblable à un cristal. Des lasers sont ensuite utilisés pour exciter les ions dans différents états quantiques, et leurs niveaux d'énergie internes servent d'états 0 et 1 d'un qubit. Les ions interagissent entre eux par leur répulsion coulombienne, ce qui permet des opérations intriquées.
Les ions piégés sont utilisés dans les ordinateurs quantiques pour la recherche et le calcul à petite échelle, ainsi que dans la spectrométrie de masse pour l'analyse chimique et dans les propulseurs ioniques pour la propulsion des engins spatiaux.
Le premier ordinateur quantique à ions piégés a été construit en 1995, et les versions actuelles peuvent maintenir la cohérence quantique pendant plus d'une minute, ce qui est remarquablement long pour un système quantique.
