桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）生产出了首批世界级新型离子阱，这是某些量子计算机的核心部件。这种被称为"Enchilada Trap"的创新设备使研究人员能够构建更强大的机器，推动量子计算这一实验性但具有突破性的领域向前发展。

在桑迪亚国家实验室微系统工程、科学与应用制造厂制造的 "Enchilada Trap"。资料来源：克雷格-弗里茨，桑迪亚国家实验室

除了在桑迪亚运行的陷阱外，杜克大学也将使用几个陷阱来执行量子算法。杜克大学和桑迪亚大学是量子系统加速器的研究合作伙伴，量子系统加速器是能源部科学办公室资助的五个美国国家量子信息科学研究中心之一。

离子阱是一种能容纳带电原子或离子的微型芯片。有了更多被俘获的离子或量子比特，量子计算机就能运行更复杂的算法。

乔纳森-斯特克（Jonathan Sterk）指着桑迪亚国家实验室真空室内的离子阱特写镜头中被困离子量子比特移动的部分。资料来源：克雷格-弗里茨，桑迪亚国家实验室

只要有足够的控制硬件，Enchilada Trap就能利用受其前身Roadrunner Trap启发而设计的由五个捕集区组成的网络，存储和传输多达200个量子比特。这两个版本都是在桑迪亚的微系统工程、科学和应用制造厂生产的。

桑迪亚科学家兼量子系统加速器首席研究员丹尼尔-斯蒂克（Daniel Stick）认为，在解决有用问题方面，拥有多达200个量子比特和当前错误率的量子计算机不会超过传统计算机。不过，它将使研究人员能够测试一种具有许多量子比特的架构，这种架构未来将支持物理学、化学、数据科学、材料科学和其他领域更复杂的量子算法。

斯蒂克说："我们正在为量子计算领域提供发展空间，探索更大的机器和更复杂的编程。"

桑迪亚国家实验室电气工程师雷-哈特利（Ray Haltli）在离子阱上放置金丝键之前优化参数。准备就绪后，机器自动运行，每秒最多可放置七根金丝。资料来源：克雷格-弗里茨，桑迪亚国家实验室

前瞻性设计

桑迪亚研究、制造和测试离子阱已有 20 年之久。为了克服一系列设计挑战，该团队将机构知识与新的创新技术相结合。

首先，他们需要空间来容纳更多的离子，并需要一种方法来重新排列离子，以便进行复杂的计算。解决方案是建立一个电极网络，其分支类似于家族树或锦标赛支架。每个狭窄的分支都是存储和穿梭离子的地方。

桑迪亚公司曾在以前的捕集器中试验过类似的结点。Enchilada捕集器以平铺的方式使用了相同的设计，因此可以探索较小捕集器的扩展特性。斯蒂克认为，分支结构是目前重新排列被困离子量子比特的最佳解决方案，并预计未来更大版本的陷阱也将采用类似设计。

另一个令人担忧的问题是 Enchilada Trap 上的电能耗散，这可能会产生大量热量，导致表面排气增加、电击穿风险增大以及电场噪声水平升高。为了解决这个问题，生产专家设计了新的微观特征，以降低某些电极的电容。

桑迪亚公司的 Zach Meinelt 是该项目的主要集成商，他说："我们的团队总是着眼于未来。我们与科学家和工程师合作，了解他们在未来几年需要什么样的技术、功能和性能改进。然后，我们设计和制造疏水阀，以满足这些要求，并不断寻求进一步改进的方法。"

这项研究由美国能源部资助。