イオントラップ型量子コンピュータ
イオントラップ型量子コンピュータ(イオントラップがたりょうしコンピュータ)は、量子情報の格納にイオントラップを利用した計算方式であり、大規模量子コンピュータの実現方法の一つ。電磁場を用いて荷電粒子(イオン)を自由空間内に閉じ込めて保持(トラップ)し、量子ビットを粒子の安定な電子的状態として格納する。一つのイオントラップで各量子ビットに対応した複数の荷電粒子をトラップでき、量子情報は各荷電粒子の集団量子化運動(クーロン力による相互作用)を介して相互に転送される。主に量子ゲートを実現する上での理由から、量子ビットの表現にイオン状態(内部スピン状態 0/1)とフォノン状態(外部運動状態 0/1)という二種類の状態表現が用いられ、必要に応じて使い分けられるという特徴がある。これらの量子状態と量子ビットの関連付け(カップリング)や、イオン状態とフォノン状態の関連付けにはレーザーが用いられる。
相互接続されたトラップ内の領域間でイオンが輸送され、不均一な磁場にさらされると、量子デコヒーレンスが次の式の形で発生する可能性がある(→ゼーマン効果)。 これは、量子状態の相対位相を効果的に変更する。 上向き矢印と下向き矢印は、一般的な重ね合わせ量子ビット状態、この場合はイオンの基底状態と励起状態に対応する。
| ↑ ⟩ + | ↓ ⟩ ⟶ exp  ( i α ) | ↑ ⟩ + | ↓ ⟩ {\displaystyle \left|\uparrow \right\rangle +\left|\downarrow \right\rangle \longrightarrow \exp(i\alpha )\left|\uparrow \right\rangle +\left|\downarrow \right\rangle }
加算された相対位相は、トラップの物理的な動きまたは意図しない電界の存在から発生する可能性がある。