俘获离子量子计算机使用哪种离子？

捕获离子量子计算机是实现大规模量子计算的最有希望的方法之一。一般的想法是将量子位编码为每个离子的电子状态，然后通过电磁力控制离子。

在这种情况下，我经常看到捕获离子系统的实验实现 ${}^{40}\!\operatorname{Ca}^+$离子（例如参见1803.10238）。总是这样吗？如果不是，还有其他种类的离子或可以用来建立这些类型的俘获离子系统？必须方便地使用离子来构建捕获离子设备的主要特征是什么？

$\require{\mhchem}$

在基于离子阱的量子计算或相关实验中使用的离子种类几乎太多，无法列出。通常的选择是，当单电离时，类似于氢，这会对其激光光谱产生便利的后果：然后选择强如$20$兆赫兹宽的跃迁位于激光可访问光谱的紫外或蓝端（而不是真空紫外，因为需要高于单次电离的离子变成氢样）。而且，光谱保持相对简单（如果是氢样），这意味着存在数量有限的其他状态，可能需要它们自己的激光器作为再吸收激光器。具有一个需要中继激光器的光学亚稳定状态可能是有利的，因为它可以用于测量和状态准备（或者非典型地表示一个量子位状态）。

最后，您通常（但并非总是）想要一个具有超精细结构的离子，因为它允许您使用仅具有几个能量间隔的超精细状态作为qubit状态。这些状态之所以具有优势，是因为它们具有长达一个世纪的衰减时间，这意味着您几乎不因其自发衰减而具有去相干性（但是您确实具有与磁场的去相干性，而选择好的状态对它们没有线性关系，而只有线性关系依赖性）。$\mathrm{GHz}$

具有低质量的离子也很方便，因为它使您可以构建具有较高运动频率的离子阱（如果离子的质荷比高，则离子的约束范围会更大）。高运动频率意味着离子阱内部的热量减少（异常），并且可能具有更快的量子位栅极速度。$2$

最受欢迎的离子物种之一是因为您在光谱区域（红外和可见光）中拥有所有必需的激光器，可以相对简单地构建它们，并且具有方便的亚稳态大约宽度的状态（和一个大约宽度的状态无关），并且由于其核自旋，它具有特别简单的超精细结构。几乎一样好：如果您无需超精细结构就能生活，那么激光要求同样简单，而且质量相对较低，同时可以通过调整激光器的$\ce{^{171}Yb^+}$$1\ \mathrm{Hz}$$1\ \mathrm{nHz}$$1/2$$\ce{Ca^+}$$\ce{^{40}Ca^+}$$\ce{^{43}Ca^+}$由于的核自旋，您将获得一个超精细结构，但代价是它是一个相当复杂的结构。有些小组追求很酷，因为它是如此的轻巧，只需要基本相同波长的激光器，尽管这很困难（）。实验中还使用了许多其他离子，包括，并且可以在Chris Monroe的“离子周期表”中找到重要特性的良好描述。$7/2$$\ce{^9Be^+}$$313\ \mathrm{nm}$$\ce{Sr^+}$$\require{\mhchem}\ce{Hg^+}$