为了建造一台能够利用量子力学奇异特性的计算机，物理学家们正在研究多种不同的技术，包括超导器件、光子系统、量子点、自旋电子学和分子的核磁共振。然而，最近几个月，使用捕获原子离子的团队已经展示了几项里程碑式的成就，其他方法很难与之匹敌。
量子计算机使用量子比特（qubit）而非普通比特进行运算。一个量子比特不仅可以是 0 或 1，还可以是两者的叠加态，其中零和一的比例在一个状态中结合。
多量子比特叠加态的一个重要类别是纠缠态。在这些配置中，每个量子比特的状态以一种微妙的方式与其伙伴的状态相连，这种联系被阿尔伯特·爱因斯坦贬称为“幽灵般的超距作用”。例如，在所谓的薛定谔猫态中，所有量子比特在被测量时都会给出相同的结果——0 或 1——即使 0 和 1 之间的选择是完全随机的。（这个名字来源于著名的思想实验，其中 0 和 1 对应于猫的死亡或存活，而单个“量子比特”是猫身体中的所有粒子。）
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猫态是量子比特纠错技术的基本构建块。这类错误不可避免地困扰着所有标准的量子计算方法，因为量子比特的状态极其脆弱。
科罗拉多州博尔德市国家标准与技术研究院的研究人员，在 David J. Wineland 和 Dietrich Leibfried 的领导下，现在已经创建了涉及四、五和六个铍离子的猫态。电磁阱将离子以一排排列在真空中，激光操纵它们的状态。该团队估计他们的六离子猫态持续约 150 微秒。
在奥地利，因斯布鲁克大学的 Rainer Blatt 和 Hartmut Haeffner 及其同事依靠类似的技术产生了八个钙离子的纠缠态。在这个实验中，创建的是“W 态”，而不是猫态。在许多方面，W 态比猫态更稳健。例如，从 W 态中丢失一个离子，剩余的离子仍然会处于 W 态。从猫态中丢失一个离子会破坏整个状态。
这两个实验的一个重要特点是，原则上这些技术可以容纳更多数量的离子。然而，扩展这些方法的一个障碍是，随着离子数量的增加，纠缠态的质量会下降。为了减少这种误差，科学家们可能会调整激光脉冲的细节，使用离子不同的状态来表示 0 和 1，或者完全使用不同的离子种类。
为了使量子计算机发挥作用，不仅必须创建特殊的量子比特状态，还必须以保持其量子特性的方式操纵它们。也就是说，必须在计算机上运行量子算法。密歇根大学安 Arbor 分校的一个小组，在 Christopher Monroe 和 Kathy-Anne Brickman 的领导下，现在已经在两个捕获镉离子的系统上演示了一种称为 Grover 量子搜索的算法。
搜索算法在条目顺序随机的数据库中搜索。搜索特定项目通常需要检查每个条目。量子搜索算法神奇地更快，因为量子计算机可以在叠加态中一次轮询所有数据库条目。对于更大的数据库，速度提升变得更加显著。例如，一个包含一百万个条目的数据库只需要大约 1,000 次量子查找，而不是完整的百万次。
安 Arbor 实验在相当于一个四条目数据库上运行，这四个条目由两个量子比特表示。研究人员表示，他们的系统可以扩展到更多数量的量子比特。
随着成果如此密集和快速地涌现，难怪正如 Monroe 所说，“许多人认为在构建大型量子计算机的竞赛中，离子阱技术遥遥领先于其他技术。”