假设你有一个小球,和一块马鞍面,你能采用什么方法把小球稳定放置在马鞍面上呢?是费劲心思凹角度,还是直接哥伦布立鸡蛋?不妨换个思路,让马鞍面旋转起来,神奇的事情便发生了!
▲Penning离子阱和Paul离子阱
美国物理学家大卫·维因兰德(David Wineland)从上个世纪七八十年代开始尝试操控单个电子,后来他能操控单个离子、做激光制冷,此外他还做了很多先驱性的研究工作。大卫·维因兰德也因研究能够量度和操控个体量子系统的突破性实验方法,获得了2012年诺贝尔物理学奖。
▲大卫·维因兰德(David Wineland,1944-),美国物理学家
为什么离子阱能用于量子计算?首先,原子本身就是很好的量子比特。例如,我们现在使用铯原子的超精细结构能级,凭借其本身非常精确的跃迁,可以制造原子钟。接下来,我们使用电场、电磁场、射频微波,甚至是激光去操控原子跃迁,从而更加精密地定义时间以及频率标准。