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L'AtomChip : Réunissant la Nanofabrication et le Bloc Optique de Quantum

Par Ron Folman

Prof. Ron Folman - Université de Ben-Gurion du Negev, Israël. Auteur Correspondant : folman@bgu.ac.il

Une des révolutions scientifiques du siècleth 20 est la Mécanique Quantique. C'est de théorie étrange, extrêmement différente de notre de jour en jour remarque, dans lequel, par exemple, une particule peut agir en tant qu'onde ou peut être dans plusieurs places immédiatement.

Il est également très différent de nos lois de la physique classiques déterministes car il est probabiliste en nature. Cette théorie étrange a déjà activé des merveilles de technologie telles que l'horloge atomique.

Une des révolutions technologiques du siècleth 20 est le circuit intégré électronique. De Tels circuits, en lesquels des millions de transistors sont mis dans une petite puce de semi-conducteur, ont activé l'ordinateur et la plupart des gadgets technologiques qui engloutissent aujourd'hui nos durées de vie.

Il n'est pas rare que la jointure de deux zones de la connaissance apparemment non liées provoque les participations qui atteignent bien au-delà du simple montant du potentiel inclus dans les disciplines biparentales.

L'AtomChip est une telle histoire. Il rassemble le meilleur des mondes : la zone relativement mature de la fabrication micro et nanoe et l'ensemble neuf de règles scientifiques fournies par théorie de tranche de temps. Ensemble elles forment la technologie de tranche de temps, avec la promesse des dispositifs tels que les horloges atomiques miniatures, les senseurs magnétiques, les systèmes de navigation inertielle, les senseurs de champ de gravité, la transmission et la cryptographie de tranche de temps, et l'ordinateur de tranche de temps.

L'idée principale est de rendre la coexistence possible d'un système de tranche de temps dans un environnement classique, de sorte que l'environnement classique active le contrôle pertinent du système de tranche de temps ainsi que l'échange d'informations pertinent par les appareils standard tels que l'électronique et des ordinateurs de nos jours.

Le défi principal vient du fait que tandis que nous voulons nous accoupler au système de tranche de temps pour le contrôle et l'échange d'informations, des systèmes de tranche de temps survivent dans leur condition de tranche de temps seulement dans des conditions sévères de l'isolement.

La première génération d'AtomChips ont été conçues et actionnées à la fin du siècle [1,2]. Ces puces étaient basées sur les courants et les frais de fixation micro-fabriqués d'électrodes, et sur un système de tranche de temps sous forme d'ultra-rhume les atomes neutres se sont refroidis par des lasers et tout autre moyen simple sans besoin d'appareil cryogénique encombrant. Ces méthodes de refroidissement simples ont provoqué des prix Nobel en 1997 et 2001.

Ainsi, des atomes neutres ont été enfermés dans l'aspirateur quelques microns au-dessus de la surface d'une puce de température ambiante. Si, une puce de semi-conducteur, le système d'intérêt déménage dans la puce, ici, le système d'intérêt est enfermé et guidé dans les champs électriques, magnétiques et électromagnétiques, microns au-dessus de la puce.

Le Schéma 1. Un AtomChip pour les atomes neutres avec lesquels un phénomène précédemment inconnu dans le transport d'électron a été observé [5] (collaboration avec Joerg Schmiedmayer).

Aujourd'hui la puce s'est transformée en différents formats. Par exemple, en plus des atomes neutres, le rhume a isolé des ions, molécules et même des électrons sont enfermés au-dessus de la surface. Pour augmenter la simplicité, des gélules avec de la vapeur atomique chaude sont également utilisées.

De plus, des tentatives sont effectuées d'employer les réseaux semi-conducteurs qui montrent la fonctionnalité unique de s'accoupler pas nuisiblement à un système de tranche de temps inclus dans eux [par exemple des centres d'Azote-Vacany (couleur) dans un réseau de carbone (diamant)].

À de nombreux laboratoires ainsi qu'à entreprises privées anonymes, la technologie d'AtomChip est simplifiée et actuel miniaturisée. Le puits à dépression sera par exemple situé à l'intérieur du substrat de silicium. Les lasers Intégrés et le photonics de diode fourniront l'interaction efficace de lumière-substance pour l'échange d'informations fragile.

Nous ne sommes ainsi pas loin du moment quand AtomChips peut être encastré dans les cartons électroniques normaux à côté de 20th composantes électroniques de siècle. Extérieurement, on ne pourra pas leur dire à part.

Pour des ces au courant de la fabrication, il est intéressant de noter que l'AtomChip a beaucoup de facteurs de mérite complet neufs en termes de qualité et le rendement de puces. Il exige également les matériaux et les géométries neufs. Par exemple, alors que la rugosité de surface ou d'arête des fils de conduite sont concernées peu de dans l'entreprise de semiconducteurs (tant que la conductivité demeure élevée), le bloc optique de tranche de temps exige la douceur extrême.

En Outre, alors qu'électriquement des matériaux anisotropes sont nulle part pour être trouvée dans l'industrie électronique, ils ont été affichés pour réduire gêner des effets pour des blocs optiques de tranche de temps par des ordres de grandeur.

De Même, alors que dans des procédés conventionnels la contamination est évitée à tout le coût, on lui a affiché que pour le bloc optique de tranche de temps, la contamination peut être avantageuse. Le lecteur intéressé peut apprendre plus au sujet de la situation actuelle dans la fabrication d'AtomChips dedans [3].

Si on est intéressé par le cas spécifique de la tranche de temps calculant, une bonne synthèse est donnée dans le numéro spécial du Traitement des Données de Quantum de tourillon, pour être publiée environ [4].

À l'Université de Ben-Gurion du Negev (BGU) nous avons construit un avec du premier, sinon le premier, installation de fabrication conçue dès le début pour satisfaire les besoins de la communauté d'AtomChip.

Dans les chiffres, Je présente deux puces fabriquées à BGU. Le premier est un AtomChip pour les atomes neutres, qui ont comporté dans la Revue scientifique en 2008, et qui en raison ultra de la sensibilité de l'interaction d'atome-surface, activée l'observation d'un phénomène complet inconnu dans le transport d'électron. Un nuage minuscule de quelques mille atomes neutres enfermés des microns au-dessus des électrodes d'un AtomChip est également présenté.

Le deuxième AtomChip est adapté pour les atomes chargés. Deux ions enfermés sur des microns de cette puce au-dessus de la surface sont affichés dans le chiffre. En Conclusion, Je présente une vue schématique de la façon dont le futur AtomChip sera structuré.

Le Schéma 2. Figure 2. Un nuage dilué de quelques atomes de mille ultra-rhumes quelques micron-compteurs au-dessus de la surface d'un AtomChip. Les électrodes de la puce sont visibles à l'arrière-plan. Pris de [6].

Le Schéma 3. Fluorescence de deux ions a enfermé des micron-compteurs au-dessus de la surface de l'AtomChip représenté ci-dessous sur le schéma 4 (collaboration avec Ferdinand Schmidt-Kaler).

Le Schéma 4. AtomChip pour les atomes chargés (Puce d'Ion) fabriqués à BGU et préparent pour être mis dans la cavité à Mayence, Allemagne.

Le Schéma 5. Une vue schématique de la façon dont un futur dispositif d'AtomChip serait structuré. Le puits à dépression miniature sera inclus dans le substrat de silicium. La puce intègrerait tous les particule exigée/sources lumineuses ainsi que soupapes de MEMs, photonics, résonnateurs de haut-q, et lecture par l'intermédiaire des fibres et de l'électronique (accueil de Tim Freegarde)

L'AtomChip est non seulement un exemple époustouflant de la synergie entre deux disciplines. C'est également un exemple merveilleux de l'intégration de beaucoup de différents éléments de fonctionnement dans un dispositif monolithique : électrodes métalliques pour des courants et frais côte à côte avec des résonnateurs de photonics et de haut-q, MEMs, lasers, et ainsi de suite.

De Plus, la plate-forme d'AtomChip peut activer l'intégration de plusieurs différents systèmes de tranche de temps. Ces soi-disant systèmes de tranche de temps hybrides peuvent comprendre, par exemple, des portes logiques faites en qubits supraconducteurs (tranche de temps-bits) et mémoire de tranche de temps sous forme d'atomes enfermés.

Pendant Que la Science est après tout au sujet de la connaissance et non seulement de technologie, elle peut-être va pour terminer cet aperçu avec un point de vue plus grand et quelque peu philosophique. Car l'AtomChip active des fonctionnements complexes de plus en plus de tranche de temps, il activera également des analyses plus profondes et plus profondes dans la théorie de tranche de temps. Une Telle compréhension d'un des royaumes de la nature les plus étranges peut avoir des implications profondes au sujet de notre concept de l'univers ainsi que de notre perception de nous-mêmes. Par exemple, la réponse de l'énigme de si les fonctions cérébrales suivent la logique de tranche de temps ou la logique classique peut avoir des conséquences au sujet de la question du libre arbitre.

Celui Que le contrat à terme retienne pour l'AtomChip, il est bien évident que cette puce nous ait invités pour bien une conduite.


[1] R. Folman, P. Kruger, J. Schmiedmayer, J. Denschlag et C. Henkel, atomes froids de Réglage utilisant les surfaces nanofabricated : Puces d'Atome, Adv. À. Mole. Choisissez. Phys. 48, 263 (2002).

[2] J. déroutements de Reichel, de Microprocesseur et condensation de Bose-Einstein, APPL. Phys. B 75, 469 (2002).

[3] R. Folman, P. Treutlein, J. Schmiedmayer, Fabrication d'Atome Ébrèche, en « Atome Ébrèche » (Livre par Wiley-VCH, 2011), des Eds. Vladan Vuletic et Jakob Reichel.

[4] Traitement des données de Quantum avec les particules neutres, Numéro spécial dans le tourillon du Traitement des Données de Quantum (http://www.springer.com/physics/journal/11128), Eds. Ron Folman et Howard Brandt.

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

[6] Ramon Szmuk, M.Sc. Thèse, Université de Ben-Gurion du Negev (2011)

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

Last Update: 14. June 2013 06:53

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