桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）生產出了首批世界級新型離子阱，這是某些量子計算機的核心部件。這種被稱為”Enchilada Trap”的創新設備使研究人員能夠構建更強大的機器，推動量子計算這一實驗性但具有突破性的領域向前發展。

在桑迪亞國家實驗室微系統工程、科學與應用製造廠製造的”Enchilada Trap”。資料來源：克雷格-弗里茨，桑迪亞國家實驗室

除了在桑迪亞運行的陷阱外，杜克大學也將使用幾個陷阱來執行量子算法。杜克大學和桑迪亞大學是量子系統加速器的研究合作夥伴，量子系統加速器是能源部科學辦公室資助的五個美國國家量子信息科學研究中心之一。

離子阱是一種能容納帶電原子或離子的微型芯片。有了更多被俘獲的離子或量子比特，量子計算機就能運行更複雜的算法。

喬納森-斯特克（Jonathan Sterk）指著桑迪亞國家實驗室真空室內的離子阱特寫鏡頭中被困離子量子比特移動的部分。資料來源：克雷格-弗里茨，桑迪亞國家實驗室

只要有足夠的控制硬件，Enchilada Trap就能利用受其前身Roadrunner Trap啟發而設計的由五個捕集區組成的網絡，存儲和傳輸多達200個量子比特。這兩個版本都是在桑迪亞的微系統工程、科學和應用製造廠生產的。

桑迪亞科學家兼量子系統加速器首席研究員丹尼爾-斯蒂克（Daniel Stick）認為，在解決有用問題方面，擁有多達200個量子比特和當前錯誤率的量子計算機不會超過傳統計算機。不過，它將使研究人員能夠測試一種具有許多量子比特的架構，這種架構未來將支持物理學、化學、數據科學、材料科學和其他領域更複雜的量子算法。

斯蒂克說：”我們正在為量子計算領域提供發展空間，探索更大的機器和更複雜的編程。”

桑迪亞國家實驗室電氣工程師雷-哈特利（Ray Haltli）在離子阱上放置金絲鍵之前優化參數。準備就緒後，機器自動運行，每秒最多可放置七根金絲。資料來源：克雷格-弗里茨，桑迪亞國家實驗室

前瞻性設計

桑迪亞研究、製造和測試離子阱已有20 年之久。為了克服一系列設計挑戰，該團隊將機構知識與新的創新技術相結合。

首先，他們需要空間來容納更多的離子，並需要一種方法來重新排列離子，以便進行複雜的計算。解決方案是建立一個電極網絡，其分支類似於家族樹或錦標賽支架。每個狹窄的分支都是存儲和穿梭離子的地方。

桑迪亞公司曾在以前的捕集器中試驗過類似的結點。Enchilada捕集器以平舖的方式使用了相同的設計，因此可以探索較小捕集器的擴展特性。斯蒂克認為，分支結構是目前重新排列被困離子量子比特的最佳解決方案，並預計未來更大版本的陷阱也將採用類似設計。

另一個令人擔憂的問題是Enchilada Trap 上的電能耗散，這可能會產生大量熱量，導致表面排氣增加、電擊穿風險增大以及電場噪聲水平升高。為了解決這個問題，生產專家設計了新的微觀特徵，以降低某些電極的電容。

桑迪亞公司的Zach Meinelt 是該項目的主要集成商，他說：”我們的團隊總是著眼於未來。我們與科學家和工程師合作，了解他們在未來幾年需要什麼樣的技術、功能和性能改進。然後，我們設計和製造疏水閥，以滿足這些要求，並不斷尋求進一步改進的方法。”

這項研究由美國能源部資助。