中文摘要：

基于离子囚禁的量子计算是目前认为较有前途的方案，通常用于量子计算的离子囚禁采用线性离子阱。线性离子阱已经取得了重大进展，实现了多个囚禁离子的纠缠，但目前的线性离子阱采用单一阱，从而限制了囚禁的离子，因而无法实现大规模量子计算。为实现大数量的离子囚禁，我们提出并设计了离子囚禁的三维线性阱，使囚禁的离子数量大大增加，从而有可能实现大规模量子计算。我们详细计算了在射频驱动下9根并行导线构成的2x2个线性阱的囚禁势，并推广到8x8个线形阱，从而可获得8x8xn个囚禁离子，其中n为单个线性阱囚禁的离子。所囚禁的离子为实现大规模量子计算打下基础，同时，囚禁的离子也可以用于离子光钟。

结论摘要：

完成了一维线性离子阱的加工，完成了实现2×2及3×3三维线性离子阱的第一步。对整体实验真空系统进行了设计及加工；搭建了40Ca+离子阱实验的激光系统。实现了397nn冷却光和866nm泵浦光的OG信号长稳锁定。完成了观测与成像系统的设计。完成了实验所需射频电极电压的设计和加工。完成了产生实验Ca离子所需的中性Ca原子炉和电离Ca原子的电子枪的设计。优化了刻槽平面芯片离子阱的几何结构设计。对平面刻槽离子芯片中的离子加热问题进行了研究。对多区间可扩展刻槽芯片阱进行了设计。为我们以后实验实现三维离子阱提供了关键的技术和经验，相信不久可以实验上在三维离子阱的研究中有所成果。为多离子量子比特的量子计算和量子信息及多离子钟的发展起到推动作用。这是以离子阱为物理系统的量子计算机的很好的发展方向。