近年來，量子演算法（quantum algorithm）的發展，顯示了量子電腦（quantum computer）可以有效地解決古典計算器所視爲的一些難題，像因數分解問題等。而一個量子電腦因遵循量子力學定律，顯示其獨有的特性，即”量子平行處理”（quantum parallelism），有鑑於此，設計一個量子電腦就相當於找尋一個可實際施行介於量子位元（quantum bits or qubits）間的量子邏輯閘（quantum logic gates）。已知任何的運算（operation）可被分解成作用於一個單一量子位元（a single qubit）的旋轉運算（rotation）和作用於二個量子位元（two qubits）的controlled-NOT gates，換句話說，我們只要能夠於實際物理系統建構出單個量子位元旋轉運算（rotation operation），及兩個量子位元的controlled-NOT gate，則任何的運算皆可由此完成。
本篇論文主要探討如何藉由線性深阱（linear trap）運動的N個冷離子集（a set of N cold ions），及雷射或電磁場與深阱離子間交互作用，提供一個實際的物理系統，來完成量子電腦的基本原理。具體地，它是藉由孤立（isolating）和阱陷（trapping）小數目的帶電荷粒子，即離子於電磁深阱（electromagnetic traps）中，再冷卻（cooling）這些離子，直到它們的動能遠小於自旋能量，之後，入射單色光以選擇性地調控自旋態的轉換，如此，便能夠掌握trapped ions 執行量子計算（quantum computation）的精髓。我們也將討論它的實驗機制（experimental apparatus）、代表系統的動力學結構、深阱離子量子電腦的量子計算處理原理、實驗如何執行Be 離子來表現controlled-Not gate ，最後探討它的未來潛能與侷限。

none

[1] A. Steane , The Ion Trap Quantum Information Processor ,Appl. Phys.B 64,623-642 (1997)

[2] Anton Zeilinger ,Fundamentals of Quantum Information, Phys. World 11. 35 (1998)

[3] David j. Griffiths, Introduction to Electrodynamics , prentice hall, USA,116 (1989)

[4] David Deutsch and Artur Ekert ,Quantum Computation, Phys.World 11.47 (1998)

[5] D. J. Wineland, C. Monroe, W. M. Itano, D. Leibfr, D. M. Meekhof, J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 103,259 (1998)

[6] J. I. Cirac and P. Zoller , Quantum Computat with Cold Trapped Ions , Phys. Rev. Lett. 74,4091 (1995)

[7] D. Kielpinski, C. Monroe and D. J. Wineland , Architecture for a Large-scale Ion-trap Quantum Computer, Nature 417,709-711 (2002)

[8] David P. Divincenzo , The Physical Implementation of Quantum Computation , arXiv:quant-ph/0002077 v3 ,1-9 (2003)

[9] D Leibfried , B DeMarco , V Meyer , M Rowe, A Ben-Kish ,M Barrett , J Britton, J Hughes, W M Itano , B M Jelenkovi’c ,C Langer, D Lucas, T Rosenband and D JWineland , Towards Quantum Information with Trapped Ions at NIST ,J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 36, 599–612 (2003)

[10] Michael A. Nielsen and Isaac L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information , Cambridge, UK , 309-324 (2001)