Das AtomChip: Nanofabrikation und Quantums-Optik Zusammen Holen

Durch Ron Folman

Prof Ron Folman - Ben-Gurions-Universität des Negev, Israel. Entsprechender Autor: folman@bgu.ac.il

Eine der wissenschaftlichen Drehbewegungen des Jahrhundertsth 20 ist Quantenmechanik. Es ist eine sonderbare Theorie, extrem unterschiedlich zu unserem Alltags erfährt, in dem zum Beispiel ein Partikel als eine Welle auftreten kann oder in einigen Plätzen sofort sein kann.

Es ist auch zu unseren deterministischen klassischen Gesetzen von Physik sehr unterschiedlich, da es in der Natur probabilistisch ist. Diese merkwürdige Theorie hat bereits Wunder der Technologie wie die Atomuhr aktiviert.

Eine der technologischen Drehbewegungen des Jahrhundertsth 20 ist die elektronische integrierte Schaltung. Solche Schaltungen, in die Millionen Transistoren in ein kleines Halbleiterchip eingesetzt werden, haben den Computer und die meisten technologischen Geräte aktiviert, die heute unsere Lebensdauern versenken.

Es ist nicht selten, dass das Anschließen von zwei scheinbar unverbundenen Wissensgebieten Dividenden bewerkstelligt, die weit darüber hinaus die bloße Summe des Potenzials erreichen, das in den zwei Muttergesellschaftsdisziplinen eingebettet wird.

Das AtomChip ist solch eine Geschichte. Es bringt das Beste beider Welten zusammen: der verhältnismäßig reife Bereich der mikro- und Nano-Fälschung und das neue Set von den wissenschaftlichen Regeln geschaffen von der Quantumstheorie. Zusammen bilden sie Quantumstechnologie, mit dem Versprechen von Einheiten wie Miniaturatomuhren, magnetische Fühler, Trägheitsnavigationsanlagen, Gravitationsfeldfühler, Quantumsnachrichtenübermittlung und -kriptographie und der Quantumscomputer.

Der Grundgedanke ist, die Koexistenz einer Quantumsanlage innerhalb einer klassischen Umgebung zu ermöglichen, damit die klassische Umgebung effektive Regelung der Quantumsanlage sowie effektiven Informationsaustausch durch Standardgeräte wie anwesende Tageselektronik und -computer aktiviert.

Die Hauptherausforderung kommt von der Tatsache dass, während wir zur Quantumsanlage zur Regelung und zum Informationsaustausch verbinden möchten, Quantumsanlagen überleben in ihrem Quantumszustand nur unter schweren Bedingungen der Isolierung.

Die erste Generation von AtomChips wurden zur Jahrhundertwende konstruiert und bedient [1,2]. Diese Chips basierten auf mikro-fabriziertem ElektrodenHaltestrom und Ladungen, und auf einer Quantumsanlage in Form von ultra-kalten neutralen Atomen kühlte durch Laser und andere einfache Mittelwerte ohne den Bedarf an einem lästigen kälteerzeugenden Apparat ab. Diese einfachen Kühlverfahren verursachten Nobelpreise im Jahre 1997 und 2001.

So wurden neutrale Atome im Vakuum einige Mikrons über der Oberfläche eines Raumtemperaturchips eingeschlossen. Wenn, in einem Halbleiterchip, die Anlage von Zinsen innerhalb des Chips hier sich bewegt wird die Anlage von Zinsen innerhalb der elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Bereiche, Mikrons über dem Chip eingeschlossen und geführt.

Abbildung 1. Ein AtomChip für neutrale Atome, mit denen ein vorher unbekanntes Phänomen im Elektronentransport beobachtet wurde [5] (Zusammenarbeit mit Joerg Schmiedmayer).

Heute hat das Chip in verschiedene Formate entwickelt. Zum Beispiel zusätzlich zu den neutralen Atomen, trennte Kälte Ionen, Moleküle und sogar Elektronen werden über der Oberfläche eingeschlossen. Um Einfachheit zu erhöhen, werden Kapseln mit heißem Atomdampf auch verwendet.

Darüber hinaus werden Versuche, Festkörpergitter zu verwenden gemacht, die das eindeutige Merkmal von nicht vernichtend verbinden zu einer Quantumsanlage aufweisen, die innerhalb sie eingebettet wird [z.B. Stickstoff-Vacany (Farbe) Mitten innerhalb eines Kohlenstoffgitters (Diamant)].

In den zahlreichen Labors sowie Privatunternehmen in wird AtomChip-Technologie aktuell vereinfacht und miniaturisiert. Die Unterdruckkammer zum Beispiel sitzt innerhalb der Silikonsubstratfläche. Integrierte Diode Laser und photonics stellen effiziente Leichtstoff Interaktion für empfindlichen Informationsaustausch zur Verfügung.

Wir sind folglich unweit vom Zeitpunkt, wenn AtomChips möglicherweise in den elektronischen Standardbehörden neben 20 elektronischen Bauelemententh des Jahrhunderts eingebettet wird. Außen ist man nicht in der Lage, auseinander mitzuteilen ihnen.

Für jene Vertrautes mit Fälschung, ist es interessant, zu beachten, dass das AtomChip viele vollständig neuen Leistungszahlen im Hinblick auf Qualität und Ertrag Chips hat. Es benötigt auch neue Materialien und Geometrie. Zum Beispiel während Oberflächen- oder Randrauheit von Leitkabeln von wenig Belang in der Halbleiterindustrie sind (solange Leitfähigkeit hoch bleibt), benötigt Quantumsoptik extreme Glattheit.

Außerdem während elektrisch anisotrope Materialien nirgendwo sind, in der Elektronikindustrie gefunden zu werden, sind sie gezeigt worden, um Effekte, für Quantumsoptik zu hindern zu verringern durch Größenordnungen.

Ähnlich während in den herkömmlichen Prozessen Verunreinigung zu allen Kosten vermieden wird, ist es gezeigt worden, dass für Quantumsoptik, Verunreinigung möglicherweise günstig ist. Der interessierte Leser kann mehr über das hochmoderne in der Fälschung von AtomChips herein lernen [3].

Wenn man am spezifischen Beispiel der Quantumsdatenverarbeitung interessiert ist, wird ein guter Überblick in der Sonderausgabe des Zapfens Informationsverarbeitendes Quantum, gegeben ungefähr veröffentlicht zu werden [4].

An Ben-Gurions-Universität des Negev (BGU) haben wir ein aus dem ersten, wenn nicht das erste, der Fälschungsteildienst konstruiert, der von Anfang an konstruiert wird, um den Bedarf der AtomChip-Gemeinschaft anzusprechen.

In den Abbildungen stelle Ich zwei Chips dar, die an BGU fabriziert werden. Das erste ist ein AtomChip für neutrale Atome, die in der Wissenschaftszeitschrift im Jahre 2008 kennzeichneten und die wegen der ultra Empfindlichkeit zur Atomoberfläche Interaktion, aktiviert der Beobachtung eines vollständig unbekannten Phänomens im Elektronentransport. Eine kleine Wolke einiger tausend neutraler eingeschlossener Atome Mikrons über den Elektroden von einem AtomChip wird auch dargestellt.

Das zweite AtomChip wird für belastete Atome angepasst. Zwei Ionen, die auf Mikrons dieses Chips über der Oberfläche eingeschlossen werden, werden in der Abbildung gezeigt. Schließlich stelle Ich einen schematischen Aufbau von dar, wie das zukünftige AtomChip strukturiert wird.

Abbildung 2. Abbildung 2. Eine verdünnte Wolke einiger tausend ultra-kalter Atome einige Mikronmeter über der Oberfläche von einem AtomChip. Die Elektroden des Chips sind im Hintergrund sichtbar. Genommen von [6].

Abbildung 3. Fluoreszenz von zwei Ionen schloss Mikronmeter über der Oberfläche des AtomChip ein, der unten in Abbildung 4 gezeigt wurde (Zusammenarbeit mit Ferdinand Schmidt-Kaler).

Abbildung 4. AtomChip für die belasteten Atome (IonenChip) fabriziert an BGU und bereiten vor, in die Kammer in Mainz, Deutschland gesetzt zu werden.

Abbildung 5. Ein schematischer Aufbau von, wie eine zukünftige AtomChip-Einheit strukturiert würde. Die Miniaturunterdruckkammer wird in die Silikonsubstratfläche eingebettet. Das Chip würde allen erforderlichen Partikel/Lichtquellen sowie MEMs-Ventile, photonics, hoch--q Resonatore und Ablesen über Fasern und Elektronik integrieren (Höflichkeit von Tim Freegarde)

Das AtomChip ist nicht nur ein verrücktes Beispiel der Synergie zwischen zwei Disziplinen. Es ist auch ein wunderbares Beispiel der Integration vieler verschiedenen Funktionselemente in einem Monolithen: metallische Elektroden für Strom und Ladungen nebeneinander mit photonics und hoch--q Resonatoren, MEMs, Laser, und so weiter.

Weiter aktiviert die AtomChip-Plattform möglicherweise die Integration einiger verschiedener Quantumsanlagen. Diese so genannten hybriden Quantumsanlagen umfassen möglicherweise, zum Beispiel, die Logiktore, die von den supraleitenden qubits (Quantumbits) hergestellt werden und vom Quantumsspeicher in Form von aufgefangenen Atomen.

Während Wissenschaft schließlich über Kenntnisse und nicht nur Technologie ist, befestigt sie möglicherweise, um diesen Abriss mit einem breiteren und ein wenig philosophischen Gesichtspunkt zu beenden. Da das AtomChip mehr und mehr komplexe Quantumsoperationen aktiviert, aktiviert es auch die tieferen und tieferen Einblicke in Quantumstheorie. Solches Verständnis von einem der merkwürdigsten Reiche der Natur hat möglicherweise tiefe Auswirkungen hinsichtlich unseres Konzeptes des Universums sowie unserer Vorstellung von uns selbst. Zum Beispiel hat möglicherweise das Beantworten des Rätsels von, ob Gehirnfunktionen Quantumslogik oder klassischer Logik folgen, Konsequenzen hinsichtlich der Frage der Willensfreiheit.

Was Auch Immer die Zukunft für das AtomChip anhält, ist es ziemlich klar, dass dieses Chip uns für durchaus eine Fahrt eingeladen hat.


[1] R. Folman, P. Kruger, J. Schmiedmayer, J. Denschlag und C. Henkel, Steuernde kalte Atome unter Verwendung der nanofabricated Oberflächen: Atom Chips, Adv. An. Mol. Entscheiden Sie. Phys. 48, 263 (2002).

[2] J. Fallen Reichel, des Mikrochips und Bose-Einstein Kondensation, Appl. Phys. B 75, 469 (2002).

[3] R. Bricht Folman, P. Treutlein, J. Schmiedmayer, Fälschung des Atoms, „im Atom Abbricht“ (Buch durch Wiley-VCH, 2011), Eds ab. Vladan Vuletic und Jakob Reichel.

[4] Quantum Informationsverarbeitend mit neutralen Partikeln, Sonderausgabe im Zapfen von Quantum Informationsverarbeitend (http://www.springer.com/physics/journal/11128), Eds. Ron Folman und Howard Brandt.

[5] S. Aigner, L. Della Pietra, Y. Japha, O. Entin-Wohlman, T. David, R. Salem, R. Folman und J. Schmiedmayer, Wissenschaft 319, 1226 (2008).

[6] Ramon Szmuk, M.Sc. These, Ben-Gurions-Universität des Negev (2011)

Date Added: Jun 16, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:56

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