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我们用电磁捕获的原子离子晶体来表示量子比特或自旋，每个离子内的两个电子能级表现为有效量子比特或自旋 1/2 粒子。电子能级的具体选择取决于原子元素以及用于操纵和测量量子比特状态的所需控制场类型。这些量子比特状态对于执行量子信息处理的最重要特征是 (a) 能级寿命长且表现出出色的相干性，(b) 能级状态具有适当的强光学跃迁到辅助激发态，允许通过光泵浦进行量子比特初始化并通过荧光进行量子比特检测，以及 (c) 量子比特通过可外部控制和门控的相干耦合进行交互。这将原子种类限制为少数元素和量子比特/自旋态，这些元素和量子比特/自旋态要么被编码为具有射频/微波频率分裂的单个外电子原子的 S 1 / 2 超精细或塞曼基态（例如，Be + 、Mg + 、Ca + 、Sr + 、Ba + 、Cd + 、Zn + 、Hg + 、Yb + ），要么被编码为具有光频率分裂的单个或双外电子原子的基态和 D 或 F 亚稳态电子激发态（例如，Ca + 、Sr + 、Ba + 、Yb + 、B + 、Al + 、Ga + 、In + 、Hg + 、Tl + 、Lu + ）。某些种类（例如，Ba + 、Lu + 、Yb + ）具有足够长的 D 或 F 亚稳态激发态寿命，以在其超精细或塞曼能级中承载量子比特，并具有射频/微波分裂。
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