1.新聞
2020年6月，科技制造企業霍尼韋爾（Honeywell）釋出第一台離子阱量子計算機H0，它擁有64量子體積，它是IBM和谷歌同時期量子計算機的兩倍。公司表示之是以能取得這一成就緣于他們2015年在一篇科學論文中展示的量子電荷耦合器件（QCCD）結構突破性進展，用電磁場以一種允許雷射脈沖操縱和編碼的方式控制（陷阱）每個離子。
2020 年 8 月啟科量子（亞洲首家以離子阱量子計算為核心的量子資訊技術公司）正式啟動了“天算 1 号” 離子阱量子計算機項目，該項目預計在2-3年内完成，技術名額可達到100個可操控量子比特以上。2021 年啟科量子推出了中國第一台離子阱量子計算機工程機AbaQ-1AbaQ 1 離子阱量子計算和Traq-T1量子教學機。
2020年10月，IonQ公司宣布開發出“世界上功能最強大”的離子阱量子計算機，該計算機搭載32個低量子門的“完美”量子比特，量子體積達400萬。IonQ公司還稱該量子計算機允許高效的軟體編寫，并能實作系統擴充。
2021年3月，霍尼韋爾H1型量子計算機系統實作了 512 量子體積，成為當時量子體積最大的商用離子阱量子計算機。Quantinuum（霍尼韋爾旗下量子計算公司）在其離子阱硬體組下對H1-1進行了多次更新，在2021 年7月實作1024 量子體積。在同一時期，Quantinuum悄悄地向客戶和合作者釋出其第二代H1量子計算機，稱為H1-2。系統模型H1-2使用與H1-1相同的離子阱架構、控制系統設計和內建光學器件。
2022年8月，全球首家離子阱量子計算上市公司IonQ宣布，推出具有23個算法量子比特的 IonQ Aria系統，使用者可通過Azure Quantum平台進行通路。這是繼 2019 年推出 IonQ Harmony 之後，在Azure Quantum 平台推出的第二個量子系統。IonQ公司表示IonQ Aria 是目前世界上公開披露的最好的量子計算機。
2.離子阱技術
離子阱(Ion trap)又稱離子陷阱，是一種利用電場或磁場将離子（即帶電原子或分子）俘獲和囚禁在一定範圍内的裝置。在真空中實作離子囚禁，離子與裝置表面不接觸，應用最多的離子阱有“保羅阱”。該技術由沃爾夫岡-保羅等人提出，并于上世紀80年代獲得諾貝爾獎。主要原理是通過空間中的交變電場把帶電離子（可以是宏觀粒子）束縛在空間中的特定區域，交變電場可以形成一個類似于旋轉的馬鞍面的結構，在馬鞍形狀和旋轉速度足夠高的時候，就可以穩定的束縛離子。
離子阱技術可以應用于量子計算機，量子計算機以粒子的量子力學狀态，如原子的自旋方向等表示0和1，稱為“量子比特”。離子陷阱是目前實作量子比特的最佳手段之一，其做法是利用電極産生電場，把經過超冷處理的離子“囚禁”在電場裡。人們通常要把電極搭建成立體的籠狀結構，才能成功地捕獲并囚禁離子。美國國家标準與技術研究所的專家利用現有的電子工業技術，制造出一種平面結構的離子陷阱，使得可以很容易的擴充離子陷阱的制造規模。
3. 離子阱量子計算機的組成
離子阱量子計算機通常由以下部分組成：量子計算環境支撐系統、量子計算測控系統、量子計算軟體系統、量子晶片系統。
量子計算測控系統是量子計算機的控制系統，用于實作對量子晶片運作的控制，并讀取量子計算結果。
量子計算環境支撐系統包括離子泵系統、磁場控制系統、溫度壓力控制系統、真空系統等為量子計算機的工作提供穩定的運作環境。
量子計算軟體系統是量子計算機提供量子計算軟體體系根本性架構，具備量子程式設計、多量子計算、量子資源管理等功能。
量子晶片系統是基于離子阱量子晶片的系統，它是量子計算機核心單元，由它執行量子計算，量子晶片是量子計算機的“靈魂”。
離子阱量子計算機的運作基本過程如下：
1、在原子爐中，加熱的原子外層電子被電離後形成離子。
2、真空腔中的離子阱晶片，産生的交變的射頻電磁場将離子囚禁成離子鍊。
3、被冷卻光冷卻的離子與自離子阱內建晶片出射的操控光互相作用達到特定的量子态。
4、通過對量子态的操控實作量子計算，量子測控系統讀取運作結果。
離子阱計算機的量子晶片系統結構三維圖和離子阱晶片的安裝位置如下圖：
離子阱量子計算機的離子阱和測量系統示意圖如下：
4.離子阱晶片
離子阱晶片通常由電極引腳，射頻電極和直流電極組成。射頻電極和直流電極構成離子陷阱，離子阱是一個兩層結構。射頻電極是一個不分段的電極和直流電極分為多個節段，射頻電極和直流電極的設計模型是按比例縮小的保羅濾波器，射頻電極和直流電極之間為量子區間。
離子阱晶片由三層組成:底層(I)，間隔層(Il)和頂層(IlI)，如下圖a所示；纖維腔(灰色)被電極層(紅色，綠色)夾住，如下圖b所示。
離子阱晶片焊接到鍍金印刷電路闆上，靠近晶片處有SMD低通濾波器。外部接觸墊将直流電極連接配接到離子阱晶片。RF電極是通過直接焊接到真空腔内的1毫米銅帶上。在離子阱晶片的前面安裝了兩個用于産生溢出中性原子束的烘箱。
離子陷阱的組成
離子陷阱由兩層電極構成，每一層都包含一個未分段的射頻電極和一個分段直流電極，每一個分段的直流電極為獨立可控。分段的直流電極分為：存儲、傳輸和處理三個不同區域。離子陷阱的結構圖如下：
兩層的射頻電極和直流電極互相平行，兩個電極層盡可能對稱，以實作良好平衡的電場。電極被長狹縫隔開，這個狹縫為量子區域，用于光學熒光檢測和捕獲的電極離子。
兩個獨立的電極層通過絕緣層分開，電極層需要確定與外部電場有關的離子屏蔽，這個絕緣層起到隔離層的作用。捕獲的離子被限制在兩個電極層。
離子陷阱電極
兩層微晶片離子陷阱的幾何模型如下圖:
(a)分段直流電極(灰色)與單個未分段射頻電極(黑色)位于不同的層上。在兩個射頻電極上施加rf電壓用于徑向限制，在每個直流電極上分别選擇用于軸向限制的靜态電壓。
(b)兩個電極層的厚度為t，間隔距離為s。捕獲電極的長度為w, rf電極和分割的直流電極在每層上以間隙g隔開。
( c)直流電極段的長度為k，以間隙h隔開。線性陷阱對稱軸後來表示為x方向或軸向。
這個相鄰的指狀電極具有200µm的恒定長度間距為30µm，射頻電極條中與直流電極電極條相對的溝槽間隙提供了軸向場對稱性，這些射頻缺口的長度為60µm間距為30µm。下圖是轉換區和處理區電子顯微圖。
5.中國離子阱技術現狀
在國内已經投入商用的離子阱量子計算機是AbaQ 1，它是啟科量子自主研發的一款分布式離子阱量子計算機。 離子阱量子計算突出展現了分布式離子阱量子計算的特點。離子阱節點以中國鼓的形式呈現。所有的離子阱節點內建在一張九宮格上，中心格點作為光子連接配接交換的樞紐。整個設計以“九宮鼓”做為亮點。這種子產品化的設計，每個節點捕捉20個完全連結的離子，平台可接駁最多8個計算節點。最多可達到一百多量子比特的連結。這樣的設計既能保證單阱内的量子的高保真度，又能迅速擴充算力。
目前中國在離子阱計算機應用技術方面和美國不相上下，但是離子阱的基礎研究方面還是比美國略差一些，還需要中國科學家和中國人民一同繼續努力！
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