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用于量子计算应用的俘获离子量子比特几乎总是在所谓的保罗陷阱中使用射频和静电场的组合来限制 ， 彭宁陷阱 ， 它使用静磁场和电场的组合来限制离子 ， 也可用于量子计算 ， 但更常用于量子模拟或精密光谱实验 。 通过向阱的特定电极施加射频电压来产生用于捕获的射频电场 ， 从而在真空中在距电极通常三十微米到数毫米的距离处形成射频电场四极 。 振荡的四极射频场为离子提供了有效的限制电位 。
稳定捕获离子所需的应用射频的频率和幅度取决于捕获器的物理尺寸、离子种类和所需的限制强度 。 更大的陷阱、更重的离子和更强的限制都需要在陷阱电极上施加更大的射频电压 。 降低射频频率可以使用较低的射频电压进行捕获 ， 但如果频率降低太多 ， 则捕获器将变得不稳定并且不能可靠地保持离子 。 用于量子计算应用的典型射频保罗陷阱在二十兆赫到一百兆赫之间的射频频率下工作 ， 并且陷阱电极上的峰值射频电压在十伏和五百伏之间 。
频率和幅度的这些组合通常很难用直接驱动 ， 因此射频电极通常集成到射频谐振结构中 ， 该结构提供射频电压升压并过滤来自射频驱动电子设备的可能激发离子运动的噪声 。 已经使用了许多不同类别的谐振器 ， 包括螺旋谐振器、同轴谐振器和集总元件谐振器 。 这些谐振器的负载品质因数通常为数百 ， 尽管一些低温谐振器可以接近一百零四 。 铁氧体磁芯上的环形变压器 ， 作为磁通耦合阻抗变换单元运行 ， 也可用于提供电压升压 。
【了解更多关于保罗陷阱的物理现象的细节】
捕获离子的量子比特-量子比特耦合依赖于使用离子的共享运动自由度作为耦合“总线” 。 多量子比特门的持续时间τg通常从十微秒到几毫秒 ， 基于微波的高保真门通常在毫秒范围内 。 为了实现高门保真度 ， 运动频率必须稳定到1τg 。 在实践中 ， 这意味着离子运动频率 ， 通常为几兆赫 ， 应该稳定在十赫兹或更低的水平 ， 或优于一百零五的一部分 。 在典型的线性射频保罗陷阱中 ， 有三分之一的运动频率模式 ， 被通常称为“轴向”模式 ， 的频率完全由施加到陷阱电极的静态电势决定 ， 有三分之二的模式 ， 通常被称为“径向”模式 ， 的频率线性取决于施加到陷阱电极的射频电压 。
许多多量子比特门方案使用径向模式 ， 因此实现所需的~10ppm或更好的运动频率稳定性意味着陷阱电极上的射频电压也必须稳定在~10ppm水平 。 这需要谐振器频率和品质因数的高稳定性、驱动谐振器的射频放大器的高增益稳定性以及射频发生器的低幅度和相位噪声 。 如果谐振器Q值太高 ， 这可能会通过FM到AM转换导致陷阱处的电压波动增加 ， 从而直观地解释为什么陷阱射频谐振器不是简单地为最大Q设计的 。
该领域的最新工作证明了射频限制放大器和用于射频幅度稳定的主动反馈方法 ， 可以满足陷阱处射频电压所需的~10ppm幅度稳定性 。 量子计算严重依赖已经为其他应用开发的微波技术 。 然而 ， 量子计算还需要在新的性能机制下运行 ， 并激发了新型微波技术和系统的发展以应对这些挑战 。
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