El AtomChip: Trayendo la Nanofabricación y la Óptica de Quantum Junta

Por Ron Folman

Profesor Ron Folman - Universidad del Negev, Israel de Ben-Gurion. Autor Correspondiente: folman@bgu.ac.il

Una de las revoluciones científicas del sigloth 20 es Mecánica Cuántica. Es una teoría extraña, extremadamente diferente de nuestro cotidiano experimenta, en las cuales, por ejemplo, una partícula puede actuar como onda o puede estar en varios lugares inmediatamente.

Es también muy diferente de nuestras leyes de la física clásicas deterministas pues es de probabilidad en naturaleza. Esta teoría extraña ha activado ya maravillas de la tecnología tales como el reloj atómico.

Una de las revoluciones tecnológicas del sigloth 20 es el circuito integrado electrónico. Tales circuitos, en los cuales millones de transistores se ponen en una pequeña viruta del semiconductor, han activado el ordenador y la mayoría de los aparatos tecnológicos que engullen hoy nuestras vidas.

No es infrecuente que ensamblar dos campos aparentemente no relacionados de conocimiento causa los dividendos que alcanzan mucho más alla de la simple suma del potencial embutido en las disciplinas biparentales.

El AtomChip es tal historia. Reúne el mejor de ambos mundos: el campo relativamente maduro de la fabricación micra y nana y el nuevo conjunto de reglas científicas proporcionadas por teoría cuántica. Junta forman la tecnología del quantum, con la promesa de dispositivos tales como relojes atómicos miniatura, los sensores magnéticos, los sistemas de navegación de inercia, los sensores del campo de gravitación, comunicación y criptografía del quantum, y el ordenador del quantum.

La idea principal es hacer posible la coexistencia de un sistema de quantum dentro de un ambiente clásico, de modo que el ambiente clásico active el mando efectivo del sistema de quantum así como el intercambio de información efectivo por los dispositivos estándar tales como actual electrónica y ordenadores del día.

El reto principal viene del hecho de que mientras que queremos acoplar al sistema de quantum para el mando y el intercambio de información, los sistemas de quantum sobrevive en su estado de quantum solamente bajo condiciones severas del aislamiento.

La primera generación de AtomChips fue diseñada y operatorio al final del siglo [1,2]. Estas virutas fueron basadas en corrientes y cargas micro-fabricadas de explotación agrícola de los electrodos, y en un sistema de quantum bajo la forma de átomos neutrales ultra-fríos enfrió por los laseres y otros medios simples sin la necesidad de un aparato criogénico incómodo. Estas cámaras de enfriamiento simples dieron lugar a los Premios Nobel En 1997 y a 2001.

Así, los átomos neutrales fueron atrapados en vacío algunos micrones encima de la superficie de una viruta de la temperatura ambiente. Si, en una viruta del semiconductor, el sistema de interés se mueve dentro de la viruta, aquí, el sistema de interés se atrapa y se conduce dentro de los campos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos, micrones encima de la viruta.

Cuadro 1. Un AtomChip para los átomos neutrales con los cuales un fenómeno previamente desconocido en transporte del electrón fue observado [5] (colaboración con Joerg Schmiedmayer).

La viruta se ha desarrollado Hoy en diversos formatos. Por ejemplo, además de los átomos neutrales, el frío aisló los iones, moléculas e incluso los electrones se atrapan encima de la superficie. Para aumentar simplicidad, las cápsulas con el vapor atómico caliente también se utilizan.

Además, se están haciendo las tentativas de utilizar los cedazos de estado sólido que exhiben la característica única no no destructivo de acoplar a un sistema de quantum embutido dentro de ellos [e.g. los centros del Nitrógeno-Vacany (color) dentro de un cedazo del carbón (diamante)].

En laboratorios así como empresas privadas numerosos, la tecnología de AtomChip se está simplificando y se está miniaturizando actualmente. El compartimiento de vacío, por ejemplo, será situado dentro del substrato de silicio. Los laseres y el photonics Integrados del diodo proporcionarán a la acción recíproca eficiente de la luz-materia para el intercambio de información delicado.

No estamos así lejos de la punta a tiempo cuando AtomChips se puede embutir en tarjetas electrónicas estándar junto a 20th componentes electrónicos del siglo. Externamente, uno no podrá informarles aparte.

Para esos familiar con la fabricación, es interesante observar que el AtomChip tiene muchas totalmente nuevas figuras del mérito en términos de calidad y del rendimiento de virutas. También requiere los nuevos materiales y geometrías. Por ejemplo, mientras que la tosquedad de la superficie o del borde de los cables de conducto es de poco interés en la industria del semiconductor (mientras la conductividad sigue siendo alta), la óptica del quantum requiere suavidad extrema.

Además, mientras que los materiales anisotrópicos están eléctricamente en ninguna parte ser encontrados en la industria de electrónica, han sido mostrados para reducir el obstaculizar de los efectos para las ópticas del quantum por órdenes de magnitud.

Semejantemente, mientras que en procesos convencionales la contaminación se evita en todo el costo, se ha mostrado que para la óptica del quantum, la contaminación puede ser ventajosa. El programa de lectura interesado puede aprender más sobre el estado plus ultra en la fabricación de AtomChips hacia adentro [3].

Si uno está interesado en el ejemplo específico de calcular de quantum, una buena reseña se da en la edición especial de la Tratamiento de la Información de Quantum del gorrón, para ser publicada alrededor [4].

En la Universidad de Ben-Gurion del Negev (BGU) hemos construido uno del primer, si no el primer, recurso de la fabricación diseñado desde el principio para dirigir las necesidades de la comunidad de AtomChip.

En las figuras, presento dos virutas fabricadas en BGU. El primer es un AtomChip para los átomos neutrales, que ofrecieron en el alimentador de la Ciencia en 2008, y que debido ultra a la sensibilidad a la acción recíproca de la átomo-superficie, activada la observación de un fenómeno totalmente desconocido en transporte del electrón. Una nube minúscula de unos miles átomos neutrales atrapados los micrones encima de los electrodos de un AtomChip también se presenta.

El segundo AtomChip se adapta para los átomos cargados. Dos iones atrapados en micrones de esta viruta encima de la superficie se muestran en la figura. Finalmente, presento una vista esquemática de cómo el AtomChip futuro será estructurado.

Cuadro 2. Cuadro 2. Una nube diluída de unos miles átomos ultra-fríos algunos micrón-contadores encima de la superficie de un AtomChip. Los electrodos de la viruta son visibles en los antecedentes. Tomado de [6].

El Cuadro 3. Fluorescencia a partir de dos iones atrapó los micrón-contadores encima de la superficie del AtomChip mostrado abajo en el cuadro 4 (colaboración con Fernando Schmidt-Kaler).

El Cuadro 4. AtomChip para los átomos cargados (Viruta del Ión) fabricados en BGU y alista para ser puesto en el compartimiento en Maguncia, Alemania.

Cuadro 5. Una vista esquemática de cómo un dispositivo futuro de AtomChip sería estructurado. El compartimiento de vacío miniatura será embutido en el substrato de silicio. La viruta integraría toda la partícula requerida/fuentes de luz así como válvulas de MEMs, photonics, altos-q resonadores, y lectura vía las fibras y la electrónica (cortesía de Tim Freegarde)

El AtomChip es no sólo un ejemplo sobresaltado de la sinergia entre dos disciplinas. Es también un ejemplo maravilloso de la integración de muchos diversos elementos operativos en un dispositivo monolítico: electrodos metálicos para las corrientes y cargas de lado a lado con el photonics y los altos-q resonadores, MEMs, laseres, y así sucesivamente.

Además, la plataforma de AtomChip puede activar la integración de varios diversos sistemas de quantum. Estos supuestos sistemas de quantum híbridos pueden incluir, por ejemplo, las entradas de lógica hechas de los qubits superconductores (quantum-dígitos binarios) y de memoria del quantum bajo la forma de átomos atrapados.

Mientras Que la Ciencia está después de todo sobre conocimiento y no sólo tecnología, quizás está ajustando para terminar esta breve reseña con un punto de vista más amplio y algo filosófico. Pues el AtomChip activa operaciones cada vez más complejas del quantum, también activará discernimientos más profundos y más profundos en teoría cuántica. Tal comprensión de uno de los reinos de la naturaleza más extraños puede tener implicaciones profundas referentes a nuestro concepto del universo así como de nuestra opinión de nosotros mismos. Por ejemplo, la contestación del enigma de si las funciones del cerebro siguen lógica del quantum o lógica clásica puede tener consecuencias referentes a la cuestión del libre albedrío.

Sea Cual Sea el futuro sujeta para el AtomChip, está muy sin obstrucción que esta viruta nos ha invitado para muy un paseo.


[1] R. Folman, P. Kruger, J. Schmiedmayer, J. Denschlag y C. Henkel, átomos fríos Que Controlan usando superficies nanofabricated: Virutas del Átomo, Adv. En. Mol. Opte. Phys. 48, 263 (2002).

[2] J. desvíos de Reichel, del Microchip y condensación de Bose-Einstein, Appl. Phys. B 75, 469 (2002).

[3] R. Folman, P. Treutlein, J. Schmiedmayer, Fabricación del Átomo Saltara, en “Átomo Saltara” (Libro de Wiley-VCH, 2011), los Eds. Vladan Vuletic y Jacobo Reichel.

[4] Tratamiento de la Información de Quantum con las partículas neutrales, edición Especial en el gorrón de la Tratamiento de la Información de Quantum (http://www.springer.com/physics/journal/11128), Eds. Ron Folman y Howard Brandt.

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

[6] Ramón Szmuk, M.Sc. Tesis, Universidad de Ben-Gurion del Negev (2011)

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

Last Update: 14. June 2013 07:20

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