คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบไอออนดักจับ ( TIQC ) เป็นแนวทางหนึ่งที่เสนอสำหรับ คอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่ไอออนหรืออนุภาคอะตอมที่มีประจุ สามารถถูกกักขังและแขวนลอยอยู่ในพื้นที่ว่างโดยใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าคิวบิตจะถูกเก็บไว้ในสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรของแต่ละไอออน และข้อมูลควอนตัมสามารถถ่ายโอนผ่านการเคลื่อนที่แบบควอนตัมรวมของไอออนในกับดักร่วมกัน (โดยมีปฏิสัมพันธ์ผ่านแรงคูลอมบ์ ) เลเซอร์ถูกนำมาใช้เพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างสถานะคิวบิต (สำหรับการดำเนินการคิวบิตเดี่ยว) หรือการเชื่อมต่อระหว่างสถานะคิวบิตภายในและสถานะการเคลื่อนที่ภายนอก (สำหรับการพัวพันระหว่างคิวบิต) ^{[ 1 ]}

การทำงานพื้นฐานของคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้รับการสาธิตในเชิงทดลองด้วยความแม่นยำสูงสุดในระบบไอออนที่ถูกดักจับ แผนการที่น่าสนใจในการพัฒนาระบบให้รองรับจำนวนคิวบิตจำนวนมากอย่างไม่จำกัด ได้แก่ การขนส่งไอออนไปยังตำแหน่งที่แตกต่างกันในอาร์เรย์ของกับดักไอออนการสร้างสถานะพันกันขนาดใหญ่ผ่านเครือข่ายที่เชื่อมต่อกันด้วยโฟตอนของโซ่ไอออนที่พันกันจากระยะไกล และการผสมผสานแนวคิดเหล่านี้ สิ่งนี้ทำให้ระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนที่ถูกดักจับเป็นหนึ่งในสถาปัตยกรรมที่น่าสนใจที่สุดสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมสากลที่ปรับขนาดได้ ณ เดือนธันวาคม 2023 จำนวนอนุภาคที่พันกันอย่างควบคุมได้มากที่สุดคือไอออนที่ถูกดักจับ 32 ตัว^{[ 2 ]}

แผนการใช้งานแรก สำหรับ เกตควอนตัมแบบควบคุม NOT ได้รับการเสนอโดยIgnacio CiracและPeter Zollerในปี 1995 ^{[ 3 ]}โดยเฉพาะสำหรับระบบไอออนที่ถูกดักจับ ในปีเดียวกันนั้น ขั้นตอนสำคัญในเกตแบบควบคุม NOT ได้รับการพิสูจน์แล้วในเชิงทดลองที่NIST Ion Storage Group และการวิจัยด้านการคำนวณควอนตัมก็เริ่มเร่งตัวขึ้นทั่วโลก

ในปี 2021 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอินส์บรุค ได้นำเสนอเครื่องสาธิตการคำนวณควอนตัมที่พอดีกับ ตู้เซิร์ฟเวอร์ขนาด 19 นิ้วสอง ตู้ ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนดักจับขนาดกะทัดรัดเครื่องแรกของโลกที่ตรงตามมาตรฐานคุณภาพ^{[ 5 ] [ 4 ]}

กับ ดักไอออนควอดรูโพลแบบอิเล็กโทรไดนามิกที่ใช้ในการวิจัยการคำนวณควอนตัมไอออนแบบดักจับในปัจจุบันถูกคิดค้นขึ้นในช่วงทศวรรษ 1950 โดยWolfgang Paul (ผู้ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานของเขาในปี 1989 ^{[ 6 ]} ) อนุภาคที่มีประจุไม่สามารถถูกดักจับใน 3 มิติได้ด้วยแรงไฟฟ้าสถิตเพียงอย่างเดียวเนื่องจากทฤษฎีบทของ Earnshawดังนั้นจึงต้องใช้สนามไฟฟ้าที่สั่นด้วยความถี่วิทยุ (RF) เพื่อสร้างศักยภาพที่มีรูปร่างเหมือนอานม้าที่หมุนด้วยความถี่ RF หากสนาม RF มีพารามิเตอร์ที่เหมาะสม (ความถี่การสั่นและความแรงของสนาม) อนุภาคที่มีประจุจะถูกดักจับที่จุดอานม้า ได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยแรงคืนตัว โดยการเคลื่อนที่นั้น อธิบายได้ด้วยชุดสมการของ Mathieu ^{[ 1 ]}

จุดอานม้านี้คือจุดที่มีพลังงานต่ำสุดสำหรับไอออนในสนามศักย์^{[ 7 ]}กับดักพอลมักถูกอธิบายว่าเป็นบ่อศักย์ฮาร์มอนิกที่ดักจับไอออนในสองมิติ (สมมติว่าและโดยไม่เสียความเป็นทั่วไป) และไม่ดักจับไอออนในทิศทาง เมื่อมีไอออนหลายตัวอยู่ที่จุดอานม้าและระบบอยู่ในสภาวะสมดุล ไอออนจะสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระใน เท่านั้นดังนั้นไอออนจะผลักกันและสร้างการจัดเรียงในแนวตั้งในกรณีที่ง่ายที่สุดคือเส้นตรงของไอออนเพียงไม่กี่ตัว^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}ปฏิสัมพันธ์คูลอมบ์ที่มีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นจะสร้างการจัดเรียงไอออนที่ซับซ้อนมากขึ้นหากมีการเริ่มต้นไอออนจำนวนมากในกับดักเดียวกัน^{[ 1 ] [ 10 ]}นอกจากนี้ การสั่นสะเทือนเพิ่มเติมของไอออนที่เพิ่มเข้ามาทำให้ระบบควอนตัมซับซ้อนขึ้นอย่างมาก ซึ่งทำให้การเริ่มต้นและการคำนวณยากขึ้น^{[ 11 ]}${\displaystyle |E(\mathbf {x} )|}$${\displaystyle {\hat {x}}}$${\displaystyle {\widehat {y}}}$${\displaystyle {\วงกว้าง {z}}}$${\displaystyle {\วงกว้าง {z}}}$${\displaystyle {\วงกว้าง {z}}}$

เมื่อไอออนถูกดักจับแล้ว ควรทำให้ไอออนเย็นลงจน(ดูระบอบแลมบ์-ดิค ) ซึ่งสามารถทำได้โดยการรวมการทำความเย็นแบบดอปเปลอร์และการทำความเย็นแบบไซด์แบนด์ที่แยกส่วน ที่อุณหภูมิต่ำมากนี้ พลังงานการสั่นสะเทือนในกับดักไอออนจะถูกควอนตัมเป็นโฟนอนโดยสถานะ พลังงาน ของสายไอออน ซึ่งเรียกว่าโหมดการสั่นสะเทือนของศูนย์กลางมวล พลังงาน ของโฟนอน เดี่ยว จะกำหนดโดยความสัมพันธ์สถานะควอนตัมเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อไอออนที่ถูกดักจับสั่นพร้อมกันและแยกออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก หากไอออนไม่ถูกแยกอย่างเหมาะสม อาจเกิดสัญญาณรบกวนจากการที่ไอออนมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก ซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบสุ่มและทำลายสถานะพลังงานควอนตัม^{[ 1 ]}${\displaystyle k_{\rm {B}}T\ll \hbar \omega _{z}}$${\displaystyle \hbar \โอเมก้า _{z}}$

ข้อกำหนดทั้งหมดสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้นั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่มีข้อกำหนดที่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไปอยู่หลายประการDavid DiVincenzoได้สรุปเกณฑ์เหล่านี้สำหรับการคำนวณควอนตัมไว้หลาย ประการ ^{[ 1 ]}

ระบบควอนตัมสองระดับใดๆ ก็สามารถสร้างคิวบิตได้ และมีสองวิธีหลักในการสร้างคิวบิตโดยใช้สถานะอิเล็กตรอนของไอออน:

1. ระดับ ไฮเปอร์ไฟน์สถานะพื้นฐานสองระดับ(เรียกอีกอย่างว่า "คิวบิตไฮเปอร์ไฟน์")
2. ระดับสถานะพื้นฐานและระดับสถานะกระตุ้น (ซึ่งเรียกว่า "คิวบิตเชิงแสง")

คิวบิตไฮเปอร์ไฟน์มีอายุยืนยาวมาก (เวลาสลายตัวอยู่ในระดับหลายพันถึงหลายล้านปี) และมีเสถียรภาพของเฟส/ความถี่ (โดยทั่วไปใช้สำหรับมาตรฐานความถี่อะตอม) ^{[ 11 ]}คิวบิตออปติคอลก็มีอายุยืนยาวเช่นกัน (มีเวลาสลายตัวอยู่ในระดับหนึ่งวินาที) เมื่อเทียบกับเวลาการทำงานของเกตตรรกะ (ซึ่งอยู่ในระดับไมโครวินาที ) การใช้คิวบิตแต่ละประเภทก่อให้เกิดความท้าทายที่แตกต่างกันในห้องปฏิบัติการ

สถานะคิวบิตไอออนิกสามารถเตรียมได้ในสถานะคิวบิตเฉพาะโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการปั๊มด้วยแสงในกระบวนการนี้ เลเซอร์จะเชื่อมต่อไอออนกับสถานะกระตุ้นบางสถานะซึ่งในที่สุดจะสลายตัวไปยังสถานะที่ไม่เชื่อมต่อกับเลเซอร์ เมื่อไอออนไปถึงสถานะนั้นแล้ว มันจะไม่มีระดับกระตุ้นใด ๆ ที่จะเชื่อมต่อในขณะที่มีเลเซอร์อยู่ และด้วยเหตุนี้จึงยังคงอยู่ในสถานะนั้น หากไอออนสลายตัวไปยังสถานะอื่น เลเซอร์จะยังคงกระตุ้นไอออนต่อไปจนกว่ามันจะสลายตัวไปยังสถานะที่ไม่โต้ตอบกับเลเซอร์ กระบวนการเริ่มต้นนี้เป็นมาตรฐานในการทดลองทางฟิสิกส์หลายอย่างและสามารถดำเนินการได้ด้วยความแม่นยำ สูงมาก (>99.9%) ^{[ 12 ]}

ดังนั้นสถานะเริ่มต้นของระบบสำหรับการคำนวณควอนตัมจึงสามารถอธิบายได้ด้วยไอออนในสถานะพื้นฐานไฮเปอร์ไฟน์และการเคลื่อนที่ ส่งผลให้สถานะโฟนอนศูนย์กลางมวลเริ่มต้นเป็น(โฟนอนศูนย์) ^{[ 1 ]}${\displaystyle |0\rangle }$

การวัดสถานะของคิวบิตที่เก็บไว้ในไอออนนั้นค่อนข้างง่าย โดยทั่วไปแล้ว จะใช้เลเซอร์กับไอออนที่เชื่อมต่อกับสถานะคิวบิตเพียงสถานะเดียว เมื่อไอออนยุบตัวลงสู่สถานะนี้ในระหว่างกระบวนการวัด เลเซอร์จะกระตุ้นไอออน ส่งผลให้มีการปล่อยโฟตอนออกมาเมื่อไอออนสลายตัวจากสถานะที่ถูกกระตุ้น หลังจากสลายตัว ไอออนจะถูกกระตุ้นอย่างต่อเนื่องด้วยเลเซอร์และปล่อยโฟตอนออกมาซ้ำๆ โฟตอนเหล่านี้สามารถเก็บรวบรวมได้โดยหลอดโฟโตมัลติพลายเออ ร์ (PMT) หรือกล้อง CCD หากไอออนยุบตัวลงสู่สถานะคิวบิตอื่น ไอออนจะไม่ทำปฏิกิริยากับเลเซอร์และไม่มีการปล่อยโฟตอนออกมา การนับจำนวนโฟตอนที่เก็บรวบรวมได้จะทำให้สามารถกำหนดสถานะของไอออนได้ด้วยความแม่นยำสูงมาก (>99.99%) ^{[ 13 ]}

หนึ่งในข้อกำหนดของการคำนวณควอนตัมสากลคือการเปลี่ยนสถานะของคิวบิตเดี่ยวอย่างสอดคล้องกัน ตัวอย่างเช่น สามารถเปลี่ยนคิวบิตที่เริ่มต้นจากสถานะ 0 ไปเป็นสถานะซ้อนทับใดๆ ของ 0 และ 1 ที่ผู้ใช้กำหนดได้ ในระบบไอออนดักจับ มักจะทำโดยใช้การเปลี่ยนผ่านไดโพลแม่เหล็ก หรือ การเปลี่ยนผ่านรามานแบบกระตุ้นสำหรับคิวบิตไฮเปอร์ไฟน์ และการเปลี่ยนผ่านควอดรูโพลไฟฟ้าสำหรับคิวบิตออปติคอล คำว่า "การหมุน" หมายถึง การแสดงสถานะบริสุทธิ์ของคิวบิต บนทรงกลมบล็อกความแม่นยำของเกตสามารถมากกว่า 99%

ตัวดำเนินการหมุน และสามารถนำไปใช้กับไอออนแต่ละตัวได้โดยการปรับความถี่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกจาก และให้ไอออนสัมผัสกับสนามเป็นระยะเวลาที่กำหนด การควบคุมเหล่านี้สร้างแฮมิลโทเนียนในรูปแบบโดยที่และเป็นตัวดำเนินการเพิ่มและลดสปิน (ดูตัวดำเนินการบันได ) การหมุนเหล่านี้เป็นส่วนประกอบพื้นฐานสากลสำหรับเกตคิวบิตเดี่ยวในการคำนวณควอนตัม^{[ 1 ]}${\displaystyle R_{x}(\theta )}$${\displaystyle R_{y}(\theta )}$${\displaystyle H_{I}^{i}=\hbar \Omega /2(S_{+}\exp(i\phi )+S_{-}\exp(-i\phi ))}$${\displaystyle S_{+}}$${\displaystyle S_{-}}$

เพื่อให้ได้แฮมิลโทเนียนสำหรับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างไอออนและเลเซอร์ ให้ใช้แบบจำลอง Jaynes–Cummingsเมื่อพบแฮมิลโทเนียนแล้ว สูตรสำหรับการดำเนินการเอกภาพที่กระทำกับคิวบิตสามารถหาได้โดยใช้หลักการวิวัฒนาการเวลาควอนตัม แม้ว่าแบบจำลองนี้จะใช้การประมาณคลื่นหมุนแต่ก็พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสำหรับวัตถุประสงค์ของการคำนวณควอนตัมไอออนแบบดักจับ^{[ 1 ]}

นอกจากเกตควบคุม NOT ที่เสนอโดย Cirac และ Zollerในปี 1995 แล้ว ยังมีแผนการที่เทียบเท่ากันแต่มีความแข็งแกร่งกว่าอีกหลายแบบที่ได้รับการเสนอและนำไปใช้ในการทดลองตั้งแต่นั้นมา งานวิจัยเชิงทฤษฎีล่าสุดโดย JJ. Garcia-Ripoll, Cirac และ Zoller ได้แสดงให้เห็นว่าไม่มีข้อจำกัดพื้นฐานใดๆ ต่อความเร็วของเกตการพันกัน แต่เกตในระบอบการกระตุ้นนี้ (เร็วกว่า 1 ไมโครวินาที) ยังไม่ได้รับการสาธิตในเชิงทดลอง ความแม่นยำของการใช้งานเหล่านี้มีมากกว่า 99% ^{[ 14 ]}

คอมพิวเตอร์ควอนตัมต้องมีความสามารถในการเริ่มต้น จัดเก็บ และจัดการคิวบิตจำนวนมากพร้อมกัน เพื่อแก้ปัญหาการคำนวณที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ จำนวนคิวบิตที่สามารถจัดเก็บในแต่ละกับดักได้นั้นมีจำกัด ในขณะที่ยังคงรักษาความสามารถในการคำนวณไว้ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องออกแบบกับดักไอออนที่เชื่อมต่อกันซึ่งสามารถถ่ายโอนข้อมูลจากกับดักหนึ่งไปยังอีกกับดักหนึ่งได้ ไอออนสามารถแยกออกจากบริเวณปฏิสัมพันธ์เดียวกันไปยังบริเวณจัดเก็บแต่ละแห่ง และนำกลับมารวมกันได้โดยไม่สูญเสียข้อมูลควอนตัมที่จัดเก็บไว้ในสถานะภายใน ไอออนยังสามารถเลี้ยวโค้งที่จุดเชื่อมต่อรูปตัว "T" ซึ่งช่วยให้สามารถออกแบบอาร์เรย์กับดักแบบสองมิติได้ เทคนิคการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ยังถูกนำมาใช้ในการผลิตกับดักรุ่นใหม่ ทำให้ "กับดักไอออนบนชิป" กลายเป็นความจริง ตัวอย่างเช่นอุปกรณ์ประจุคู่ควอนตัม (QCCD) ที่ออกแบบโดย D. Kielpinski, Christopher MonroeและDavid J. Wineland ^{[ 15 ]} QCCD มีลักษณะคล้ายเขาวงกตของอิเล็กโทรดที่มีพื้นที่ที่กำหนดไว้สำหรับการจัดเก็บและจัดการคิวบิต

ศักย์ไฟฟ้าแปรผันที่สร้างขึ้นโดยอิเล็กโทรดสามารถดักจับไอออนในบริเวณเฉพาะและเคลื่อนย้ายไอออนผ่านช่องทางการขนส่ง ซึ่งทำให้ไม่จำเป็นต้องกักเก็บไอออนทั้งหมดไว้ในกับดักเดียว ไอออนในบริเวณหน่วยความจำของ QCCD จะถูกแยกออกจากการดำเนินการใดๆ ดังนั้นข้อมูลที่อยู่ในสถานะของไอออนจึงถูกเก็บไว้เพื่อใช้ในภายหลัง เกตต่างๆ รวมถึงเกตที่พันกันระหว่างสถานะไอออนสองสถานะ จะถูกนำไปใช้กับคิวบิตในบริเวณปฏิสัมพันธ์ด้วยวิธีการที่ได้อธิบายไว้แล้วในบทความนี้^{[ 15 ]}

เมื่อไอออนถูกขนส่งระหว่างบริเวณในกับดักที่เชื่อมต่อกันและอยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ การลดความสอดคล้องสามารถเกิดขึ้นได้ในรูปแบบของสมการด้านล่าง (ดูปรากฏการณ์ซีแมน ) ^{[ 15 ]}ซึ่งจะเปลี่ยนเฟสสัมพัทธ์ของสถานะควอนตัมอย่างมีประสิทธิภาพ ลูกศรขึ้นและลงสอดคล้องกับสถานะคิวบิตซ้อนทับทั่วไป ในกรณีนี้คือสถานะพื้นฐานและสถานะกระตุ้นของไอออน

${\displaystyle \left|\uparrow \right\rangle +\left|\downarrow \right\rangle \longrightarrow \exp(i\alpha )\left|\uparrow \right\rangle +\left|\downarrow \right\rangle }$

เฟสสัมพัทธ์เพิ่มเติมอาจเกิดขึ้นจากการเคลื่อนไหวทางกายภาพของกับดักหรือการมีอยู่ของสนามไฟฟ้าที่ไม่ได้ตั้งใจ หากผู้ใช้สามารถกำหนดพารามิเตอร์ α ได้ การคำนึงถึงการเสื่อมสภาพนี้จะค่อนข้างง่าย เนื่องจากมีกระบวนการข้อมูลควอนตัมที่ทราบแล้วสำหรับการแก้ไขเฟสสัมพัทธ์^{[ 1 ]}อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก α จากการปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับเส้นทาง ปัญหาจึงมีความซับซ้อนมาก เมื่อพิจารณาถึงหลายวิธีที่สามารถทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของเฟสสัมพัทธ์ในกับดักไอออน การจินตนาการถึงสถานะไอออนใหม่ในฐานใหม่ที่ลดการเสื่อมสภาพให้น้อยที่สุดอาจเป็นวิธีหนึ่งในการกำจัดปัญหานี้

วิธีหนึ่งในการต่อต้านการเสื่อมสภาพของควอนตัมคือการแสดงสถานะควอนตัมในฐานใหม่ที่เรียกว่าปริภูมิย่อยที่ปราศจากการเสื่อมสภาพของควอนตัมหรือ DFS โดยมีสถานะฐานและDFS จริงๆ แล้วคือปริภูมิย่อยของสถานะไอออนสองสถานะ โดยที่หากไอออนทั้งสองได้รับเฟสสัมพัทธ์เดียวกัน สถานะควอนตัมรวมใน DFS จะไม่ได้รับผลกระทบ^{[ 15 ]}${\displaystyle \left|\uparrow \downarrow \right\rangle }$${\displaystyle \left|\downarrow \uparrow \right\rangle }$

คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบไอออนดักจับนั้นตรงตาม เกณฑ์ การคำนวณควอนตัมของ DiVincenzo ทุกประการในทางทฤษฎี แต่การนำระบบไปใช้งานจริงอาจค่อนข้างยาก ความท้าทายหลักที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบไอออนดักจับต้องเผชิญคือการเริ่มต้นสถานะการเคลื่อนที่ของไอออน และอายุการใช้งานที่ค่อนข้างสั้นของสถานะโฟนอน ^{[ 1 ]}การลดทอนความสอดคล้องก็พิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยากที่จะกำจัด และเกิดขึ้นเมื่อคิวบิตมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมภายนอกที่ไม่พึงประสงค์^{[ 3 ]}

เกต NOT ที่ควบคุมได้เป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับการคำนวณควอนตัม เนื่องจากสามารถสร้างเกตควอนตัมใดๆ ก็ได้โดยการรวมกันของเกต CNOT และการหมุนคิวบิตเดี่ยว^{[ 11 ]}ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนดักจับจะต้องสามารถดำเนินการนี้ได้โดยตรงตามข้อกำหนดสามประการต่อไปนี้

ประการแรก คอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบไอออนดักจับจะต้องสามารถทำการหมุนคิวบิตแบบใดก็ได้ ซึ่งได้กล่าวถึงไปแล้วใน หัวข้อ " การหมุนคิวบิตเดี่ยวแบบใดก็ได้"

ส่วนประกอบถัดไปของเกต CNOT คือเกตควบคุมการพลิกเฟส หรือ เกต Z ควบคุม (ดูเกตตรรกะควอนตัม ) ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมไอออนแบบดักจับ สถานะของโฟนอนศูนย์กลางมวลทำหน้าที่เป็นคิวบิตควบคุม และสถานะสปินอะตอมภายในของไอออนเป็นคิวบิตทำงาน ดังนั้นเฟสของคิวบิตทำงานจะถูกพลิกกลับหากคิวบิตโฟนอนอยู่ในสถานะ ${\displaystyle |1\rangle }$

สุดท้ายนี้ จะต้องมีการใช้งานเกต SWAP ซึ่งทำงานทั้งกับสถานะไอออนและสถานะโฟนอน^{[ 1 ]}

มีการนำเสนอแผนการทางเลือกสองแบบเพื่อแสดงเกต CNOT ในQuantum Computation and Quantum InformationของMichael NielsenและIsaac Chuang และ Quantum Computation with Cold Trapped Ionsของ Cirac และZoller ^{[ 1 ] [ 3 ]}

• Wineland, DJ; Monroe, C.; Itano, WM; Leibfried, D.; King, BE; Meekhof, DM (1998). "ปัญหาเชิงทดลองในการจัดการสถานะควอนตัมที่สอดคล้องกันของไอออนอะตอมที่ถูกดักจับ"วารสารวิจัยของสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ 103 ( 3): 259– 328. arXiv : quant-ph/9710025 . doi : 10.6028/jres.103.019 . PMC  4898965 . PMID  28009379 .
• Leibfried, D; Blatt, R; Monroe, C; Wineland, D (2003). "พลศาสตร์ควอนตัมของไอออนเดี่ยวที่ถูกดักจับ". บทวิจารณ์ฟิสิกส์สมัยใหม่ 75 ( 1): 281– 324. Bibcode : 2003RvMP...75..281L . doi : 10.1103/revmodphys.75.281 .
• Steane, A. (1997). "ตัวประมวลผลข้อมูลควอนตัมแบบกับดักไอออน" Appl. Phys. B . 64 (6): 623– 643. arXiv : quant-ph/9608011 . Bibcode : 1996ApPhB..64..623S . doi : 10.1007/s003400050225 . S2CID  2061791 .
• Monroe, C. และคณะ (1995). "การสาธิตเกตตรรกะควอนตัมพื้นฐาน" Phys . Rev. Lett . 75 (25): 4714– 4717. Bibcode : 1995PhRvL..75.4714M . doi : 10.1103/physrevlett.75.4714 . PMID  10059979 .
• ฟรีดเนาเออร์, อ.; ชมิทซ์, เอช.; กลูเคิร์ต, เจที; ปอร์ราส ด.; แชตซ์, ต. (2008) "จำลองแม่เหล็กควอนตัมที่มีไอออนติดอยู่ " ฟิสิกส์ธรรมชาติ . 4 (10): 757– 761. Bibcode : 2008NatPh...4..757F . ดอย : 10.1038/nphys1032 .
• Moehring, DL; Maunz, P.; Olmschenk, S.; Younge, KC; Matsukevich, DN; Duan, L.-M.; Monroe, C. (2007). "การพัวพันของบิตควอนตัมอะตอมเดี่ยวในระยะไกล" Nature . 449 (7158): 68– 71. Bibcode : 2007Natur.449...68M . doi : 10.1038/nature06118 . hdl : 2027.42/62780 . PMID  17805290 . S2CID  19624141 .
• Stick, D.; Hensinger, WK; Olmschenk, S.; Madsen, MJ; Schwab, K.; Monroe, C. (2006). "กับดักไอออนในชิปเซมิคอนดักเตอร์" Nature Physics . 2 (1): 36– 39. arXiv : quant-ph/0601052 . Bibcode : 2006NatPh...2...36S . doi : 10.1038/nphys171 . S2CID  5419269 .
• ไลบ์ฟรีด, ดี.; นิลล์ อี.; ไซเดลิน ส.; บริทตัน เจ.; เบลคสตัด, RB; คิอาเวรินี, เจ.; ฮูม ดีบี; อิตาโนะ, ดับเบิลยูเอ็ม; จอสต์, เจดี; แลงเกอร์, ซี.; โอเซริ ร.; ไรล์ อาร์.; ไวน์แลนด์ ดีเจ (2548) "การสร้างสถานะ 'แมวชโรดิงเงอร์' หกอะตอม" ธรรมชาติ . 438 (7068): 639– 642. รหัสสินค้า : 2005Natur.438..639L . ดอย : 10.1038/nature04251 . PMID  16319885 . S2CID  4370887 .
• ฮาฟฟ์เนอร์ เอช.; ฮันเซล ว.; รูส ซีเอฟ; เบนเฮล์ม เจ.; เชคอัลคาร์, D.; ชวัลลา ม.; คอร์เบอร์ ต.; ราโพล ยูดี; รีบี ม.; ชมิดต์ PO; เบเชอร์ ค.; กึห์เน โอ.; ดูร์, ว.; แบลตต์ อาร์. (2005) "การพันกันหลายอนุภาคของไอออนที่ติดอยู่" ธรรมชาติ . 438 (7068): 643– 646. arXiv : quant-ph/ 0603217 Bibcode : 2005Natur.438..643H . ดอย : 10.1038/nature04279 . PMID  16319886 . S2CID  4411480 .
• Chiaverini, J.; Britton, J.; Leibfried, D.; Knill, E.; Barrett, MD; Blakestad, RB; Itano, WM; Jost, JD; Langer, C.; Ozeri, R.; Schaetz, T.; Wineland, DJ (2005). "การนำการแปลงฟูริเยร์ควอนตัมแบบกึ่งคลาสสิกไปใช้ในระบบที่ปรับขนาดได้" Science . 308 (5724): 997– 1000. Bibcode : 2005Sci...308..997C . doi : 10.1126/science.1110335 . PMID  15890877 . S2CID  15550997 .
• Blinov, BB; Moehring, DL; Duan, L.- M.; Monroe, C. (2004). "การสังเกตการพันกันระหว่างอะตอมเดี่ยวที่ถูกดักจับกับโฟตอนเดี่ยว" (PDF) Nature . 428 ( 6979): 153– 157. Bibcode : 2004Natur.428..153B . doi : 10.1038/nature02377 . hdl : 2027.42/62924 . PMID  15014494 . S2CID  4314514 .
• Chiaverini, J.; Leibried, D.; Schaetz, T.; Barrett, MD; Blakestad, RB; Britton, J.; Itano, WM; Jost, JD; Knill, E.; Langer, C.; Ozeri, R.; Wineland, DJ (2004). "การตระหนักถึงการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม" Nature . 432 (7017): 602– 605. Bibcode : 2004Natur.432..602C . doi : 10.1038/nature03074 . PMID  15577904 . S2CID  167898 .
• รีบี ม.; ฮาฟฟ์เนอร์ เอช.; รูส ซีเอฟ; ฮันเซล ว.; เบนเฮล์ม เจ.; แลงคาสเตอร์, GPT; เคอร์เบอร์, ไต้หวัน; เบเชอร์ ค.; ชมิดท์-คาเลอร์ เอฟ.; เจมส์ ดีเอฟวี; แบลตต์ อาร์. (2004) "การเทเลพอร์ตควอนตัมเชิงกำหนดด้วยอะตอม" ธรรมชาติ . 429 (6993): 734– 737. รหัสสินค้า : 2004Natur.429..734R . ดอย : 10.1038/nature02570 . PMID  15201903 . S2CID  4397716 .
• Barrett, MD; Chiaverini, J.; Schaetz, T.; Britton, J.; Itano, WM; Jost, JD; Knill, E.; Langer, C.; Leibfried, D.; Ozeri, R.; Wineland, DJ (2004). "การส่งผ่านควอนตัมแบบกำหนดได้ของคิวบิตอะตอม" Nature . 429 (6993): 737– 739. Bibcode : 2004Natur.429..737B . doi : 10.1038/nature02608 . PMID  15201904 . S2CID  1608775 .
• Roos, CF; Riebe, M.; Häffner, H.; Hänsel, W.; Benhelm, J.; Lancaster, GPT; Becher, C.; Schmidt-Kaler, F.; Blatt, R. (2004). "การควบคุมและการวัดสถานะพันกันของสามคิวบิต" Science . 304 (5676): 1478– 1480. Bibcode : 2004Sci...304.1478R . doi : 10.1126/science.1097522 . PMID  15178795 . S2CID  12020439 .