1. Architektura QCCD

Koncepcja Quantum Charge-Coupled Device (QCCD), zaproponowana przez Kielpinskiego, Monroe i Winelanda w 2002 roku, reprezentuje wizję wielkoskalowego procesora kwantowego opartego na jonach. Nazwa nawiązuje do klasycznych urządzeń CCD używanych w kamerach cyfrowych, gdzie ładunki są transportowane między pikselami.

Architektura QCCD zakłada modularną konstrukcję składającą się z wyspecjalizowanych stref funkcjonalnych. Strefy magazynowania przechowują jony (kubity) gdy nie są aktywnie używane, minimalizując ich ekspozycję na szumy i dekoherencję. Strefy operacji są zoptymalizowane do wykonywania bramek jedno- i dwukubitowych z najwyższą możliwą wiernością. Strefy detekcji zawierają wysokiej jakości optykę do odczytu stanu kubitów.

Te strefy funkcjonalne są połączone kanałami transportowymi — ścieżkami, wzdłuż których jony mogą być przemieszczane. Transport realizowany jest poprzez adiabatyczną modyfikację potencjałów elektrod. Poprzez stopniową zmianę napięć na kolejnych elektrodach, minimum potencjału (a wraz z nim jon) może być płynnie przemieszczane wzdłuż kanału.

Kluczowe dla funkcjonowania architektury QCCD są elementy routingu, takie jak skrzyżowania i rozgałęzienia. Te struktury pozwalają na przemieszczanie jonów między różnymi częściami procesora, umożliwiając wykonywanie bramek między dowolnymi parami kubitów.

Warunek adiabatyczności dla transportu:
\[
\frac{d\omega_{\text{trap}}}{dt} \ll \omega_{\text{trap}}^2
\]
określa maksymalną prędkość, z jaką jony mogą być transportowane bez wzbudzania ich ruchu. Dla typowych parametrów, transport na odległość 100 μm zajmuje około 10 μs.