近20年来,量子信息技术得到了快速发展,量子计算作为其中的重要内容得到了全世界的高度重视。实现量子计算机的备选物理系统有很多,离子阱系统由于阱中量子比特相干时间长、易于操控等优点,被认为是诸多实现量子计算机物理系统中最有潜力的方案之一。早期的离子阱是由宏观尺寸的电极构成的,离子被囚禁在阱中,这种阱难以实现量子比特的大规模拓展,因此宏观阱逐渐发展为便于扩展的芯片阱。这种芯片阱是通过微纳加工技术,将电极镀在半导体或绝缘体基片上,通过在芯片上的电极加载不同的分布电压,实现对芯片上离子的囚禁和操控。但由于芯片阱中的离子离电极很近,离子对阱的构型和电极的电压等参数非常敏感。因此,设计芯片阱的构型、优化阱参数、精确设计阱中电极电势的分布对离子的稳定囚禁非常重要,已成为离子量子计算物理实现的重要研究内容。本文第二章阐述了芯片阱上离子的囚禁原理,分析了矩形片状电极上空间电势的产生,提出了囚禁电势构造的方法,并给出了计算用于产生囚禁电势的电极电压分布的流程,最后还讨论了该方法在离子囚禁实验中的应用。现有标准方法可以模拟被囚禁的离子晶体的空间结构,第三章指出了标准方法的两个缺点:即必须求空间电势偏导数和求解不够准确。由此提出了一种基于模拟退火算法求解离子晶体稳定结构的方法,并在一维层面分别用简谐势和非谐势做了仿真。通过对比两种方法的计算结果,新方法的可行性和优越性都得到了验证。然后提出了一个借助新方法探索噪声对离子稳定囚禁影响的思路。第四章则简要介绍了离子囚禁实验的实验装置和实验流程,并展示了由上述理论指导而成功稳定囚禁离子的一次实验结果。