Атом или молекула с суммарным электрическим зарядом из-за потери или приобретения электронов, используемые здесь как кубиты.Ион — это атом или молекула, которая приобрела или потеряла один или несколько электронов, в результате чего имеет суммарный положительный или отрицательный электрический заряд. Этот заряд делает ионы чувствительными к электрическим и магнитным полям, поэтому они используются в качестве кубитов в ионных квантовых компьютерах. В таких системах ионы удерживаются электромагнитными ловушками и управляются лазерами для выполнения квантовых операций.
Термин «ион» был введён Майклом Фарадеем в 1834 году на основе греческого слова, означающего «идущий», поскольку ионы движутся к электродам в электрическом поле. Использование захваченных ионов в качестве кубитов было предложено Игнасио Сираком и Петером Цоллером в 1995 году, и вскоре последовали первые демонстрации.
Когда атом теряет электрон, он становится положительно заряженным ионом; когда он приобретает электрон, он становится отрицательно заряженным. Заряд позволяет удерживать ионы с помощью электрических полей в ловушке Пауля, где они образуют кристаллоподобную структуру. Затем с помощью лазеров ионы возбуждаются в различные квантовые состояния, а их внутренние энергетические уровни служат состояниями 0 и 1 кубита. Ионы взаимодействуют друг с другом через кулоновское отталкивание, что обеспечивает запутанные операции.
Захваченные ионы используются в квантовых компьютерах для исследований и мелкомасштабных вычислений, а также в масс-спектрометрии для химического анализа и в ионных двигателях для космических аппаратов.
Первый квантовый компьютер на захваченных ионах был создан в 1995 году, и современные версии могут сохранять квантовую когерентность более минуты, что является исключительно долгим временем для квантовой системы.
