為了建造一臺能夠利用量子力學奇異特性的計算機，物理學家們正在研究多種不同的技術，包括超導器件、光子系統、量子點、自旋電子學和分子的核磁共振。然而，最近幾個月，使用捕獲原子離子的團隊已經展示了幾項里程碑式的成就，其他方法很難與之匹敵。
量子計算機使用量子位元（qubit）而非普通位元進行運算。一個量子位元不僅可以是 0 或 1，還可以是兩者的疊加態，其中零和一的比例在一個狀態中結合。
多量子位元疊加態的一個重要類別是糾纏態。在這些配置中，每個量子位元的狀態以一種微妙的方式與其夥伴的狀態相連，這種聯絡被阿爾伯特·愛因斯坦貶稱為“幽靈般的超距作用”。例如，在所謂的薛定諤貓態中，所有量子位元在被測量時都會給出相同的結果——0 或 1——即使 0 和 1 之間的選擇是完全隨機的。（這個名字來源於著名的思想實驗，其中 0 和 1 對應於貓的死亡或存活，而單個“量子位元”是貓身體中的所有粒子。）
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貓態是量子位元糾錯技術的基本構建塊。這類錯誤不可避免地困擾著所有標準的量子計算方法，因為量子位元的狀態極其脆弱。
科羅拉多州博爾德市國家標準與技術研究院的研究人員，在 David J. Wineland 和 Dietrich Leibfried 的領導下，現在已經建立了涉及四、五和六個鈹離子的貓態。電磁阱將離子以一排排列在真空中，雷射操縱它們的狀態。該團隊估計他們的六離子貓態持續約 150 微秒。
在奧地利，因斯布魯克大學的 Rainer Blatt 和 Hartmut Haeffner 及其同事依靠類似的技術產生了八個鈣離子的糾纏態。在這個實驗中，建立的是“W 態”，而不是貓態。在許多方面，W 態比貓態更穩健。例如，從 W 態中丟失一個離子，剩餘的離子仍然會處於 W 態。從貓態中丟失一個離子會破壞整個狀態。
這兩個實驗的一個重要特點是，原則上這些技術可以容納更多數量的離子。然而，擴充套件這些方法的一個障礙是，隨著離子數量的增加，糾纏態的質量會下降。為了減少這種誤差，科學家們可能會調整雷射脈衝的細節，使用離子不同的狀態來表示 0 和 1，或者完全使用不同的離子種類。
為了使量子計算機發揮作用，不僅必須建立特殊的量子位元狀態，還必須以保持其量子特性的方式操縱它們。也就是說，必須在計算機上執行量子演算法。密歇根大學安 Arbor 分校的一個小組，在 Christopher Monroe 和 Kathy-Anne Brickman 的領導下，現在已經在兩個捕獲鎘離子的系統上演示了一種稱為 Grover 量子搜尋的演算法。
搜尋演算法在條目順序隨機的資料庫中搜索。搜尋特定專案通常需要檢查每個條目。量子搜尋演算法神奇地更快，因為量子計算機可以在疊加態中一次輪詢所有資料庫條目。對於更大的資料庫，速度提升變得更加顯著。例如，一個包含一百萬個條目的資料庫只需要大約 1,000 次量子查詢，而不是完整的百萬次。
安 Arbor 實驗在相當於一個四條目資料庫上執行，這四個條目由兩個量子位元表示。研究人員表示，他們的系統可以擴充套件到更多數量的量子位元。
隨著成果如此密集和快速地湧現，難怪正如 Monroe 所說，“許多人認為在構建大型量子計算機的競賽中，離子阱技術遙遙領先於其他技術。”