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摘要

离子阱系统是当前实现量子计算最为领先的物理系统之一, 已经在数十量子比特的规模下实现了保真度达到容错量子计算阈值的量子态制备、测量、通用量子逻辑门等基本量子操作. 未来离子阱量子计算的一个重要研究方向, 是在保持量子比特高性能的同时, 进一步扩展量子比特的数量, 最终达到解决实际问题所需的规模. 本文介绍当前离子阱量子计算研究中主流的规模化方案, 如离子输运方案和离子-光子量子网络方案等, 以及各方案中存在的限制因素, 进而探讨如二维离子阵列、双重量子比特等新的规模化方案及其前景.

关键词:

Abstract

Ion trap is one of the leading physical platforms to implement quantum computation. Currently, high-fidelity elementary quantum operations above the fault-tolerant threshold, including state preparation, measurement and universal gates, have been demonstrated for tens of ionic qubits. One important future research direction is to further enlarge the qubit number to the scale required for solving practical problems while maintaining the high performance of individual qubits. This paper introduces the current mainstream schemes for scalable ion trap quantum computation like quantum charge-coupled device (QCCD) and ion-photon quantum network, and describes the main limiting factors in current research. Then we further explore new schemes to scale up the qubit number like two-dimensional ion crystals and dual-type qubit, and discuss the future research directions.

Keywords:

作者及机构信息

吴宇恺^1,2,
段路明^1,2,3

1.
2.
3.

通信作者:段路明,lmduan@tsinghua.edu.cn

基金项目:科技创新2030—“量子通信与量子计算机”重大项目(批准号: 2021ZD0301601)、新基石科学基金会(新基石研究员项目)、教育部、清华大学自主科研计划、清华大学笃实专项和清华大学科研启动基金资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Duan Lu-Ming,lmduan@tsinghua.edu.cn

Funds:Project supported by the Innovation Program for Quantum Science and Technology, China (Grant No. 2021ZD0301601), the New Cornerstone Science Foundation through the New Cornerstone Investigator Program, the Ministry of Education of China, the Tsinghua University Initiative Scientific Research Program, China, the Tsinghua University Dushi Program, China, and the Tsinghua University Start-up Fund, China.

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