Il AtomChip: Riunendo Nanofabbricazione e l'Ottica di Quantum

Da Ron Folman

Prof. Ron Folman - Università del Negev, Israele diBen-Gurion. Autore Corrispondente: folman@bgu.ac.il

Uno dei giri di motore scientifici del secoloth 20 è Meccanica Quantistica. È una teoria strana, estremamente differente dal nostro quotidiano sperimenta, in cui, per esempio, una particella può fungere da onda o può essere in parecchi posti immediatamente.

È egualmente molto differente dalle nostre leggi di fisica classiche deterministiche poichè è probabilistico in natura. Questa teoria sconosciuta già ha permesso alle meraviglie della tecnologia quale l'orologio atomico.

Uno dei giri di motore tecnologici del secoloth 20 è il circuito integrato elettronico. Tali circuiti, in cui milioni di transistor sono messi in un piccolo chip a semiconduttore, hanno permesso al computer ed alla maggior parte dei aggeggi tecnologici che oggi inghiottono le nostre vite.

Non è raro che unire due campi di conoscenza apparentemente disgiunti determina i dividendi che raggiungono molto al di là di mera somma del potenziale incluso nelle due discipline del genitore.

Il AtomChip è una tal storia. Riunisce il meglio di entrambi i mondi: il campo relativamente maturo di montaggio micro- e nano ed il nuovo insieme delle norme scientifiche fornite dalla teoria dei quanti. Formano Insieme la tecnologia di quantum, con la promessa delle unità quali gli orologi atomici miniatura, sensori magnetici, sistemi di navigazione inerziali, sensori del campo di gravità, comunicazione e crittografia di quantum ed il computer di quantum.

L'idea principale è di rendere possibile la coesistenza di un sistema di quantum all'interno di un ambiente classico, di modo che l'ambiente classico permette all'efficace controllo del sistema di quantum come pure all'efficace scambio di informazioni dalle unità standard quali elettronica ed i computer di oggi.

La sfida principale viene dal fatto che mentre vogliamo accoppiarci al sistema di quantum per controllo e lo scambio di informazioni, sistemi di quantum sopravvive a nel loro stato di quantum soltanto nelle circostanze gravi di isolamento.

La prima generazione di AtomChips è stata progettata e gestito stata alla fine del secolo [1,2]. Questi chip sono basato stati sulle correnti e sulle spese di tenuta micro-da costruzione degli elettrodi e su un sistema di quantum sotto forma di atomi neutri ultra-freddi si è raffreddato attraverso i laser ed altri mezzi semplici senza l'esigenza di un apparato criogenico ingombrante. Questi metodi di raffreddamento semplici hanno provocato i Premi Nobel nel 1997 e 2001.

Quindi, gli atomi neutri sono stati bloccati nel vuoto alcuni micron sopra la superficie di un chip di temperatura ambiente. Se, in un chip a semiconduttore, il sistema di interesse si muove all'interno del chip, qui, il sistema di interesse è bloccato e guidato all'interno dei campi elettromagnetici elettrici, magnetici e, micron sopra il chip.

Figura 1. Un AtomChip per gli atomi neutri con cui un fenomeno precedentemente sconosciuto nel trasporto dell'elettrone è stato osservato [5] (collaborazione con Joerg Schmiedmayer).

Oggi il chip si è evoluto nei formati differenti. Per esempio, oltre agli atomi neutri, il freddo ha isolato gli ioni, molecole e perfino gli elettroni sono bloccati sopra la superficie. Per aumentare la semplicità, le capsule con il vapore atomico caldo egualmente sono usate.

Inoltre, i tentativi stanno facendi di utilizzare le grate semi condutrici che esibiscono la funzionalità unica non in maniera distruttiva di coppia ad un sistema di quantum incluso all'interno di loro [per esempio centri dell'Azoto-Vacany (colore) all'interno di una grata del carbonio (diamante)].

In numerosi laboratori come pure aziende private, la tecnologia di AtomChip corrente sta semplificanda e miniaturizzanda. La camera di vuoto, per esempio, sarà situata dentro il substrato di silicio. I laser a diodi e la fotonica Integrati forniranno l'interazione luce-materia efficiente per lo scambio di informazioni delicato.

Non siamo così lontano dal punto temporale determinato quando AtomChips può essere incassato nelle schede elettroniche standard accanto a 20th componenti elettronici di secolo. Esternamente, uno non potrà dire loro a parte.

Per i quei familiare con montaggio, è interessante notare che il AtomChip ha molte completamente nuove figure di merito in termini di qualità e di rendimento dei chip. Egualmente richiede i nuovi materiali e geometrie. Per esempio, mentre la rugosità della barriera o della superficie dei collegare di conduzione è di poca preoccupazione nell'industria a semiconduttore (finchè la conducibilità rimane alta), l'ottica di quantum richiede la scorrevolezza estrema.

Ancora, mentre i materiali anisotropi sono elettricamente in nessun posto essere trovati nell'industria elettronica, sono stati indicati per diminuire ostacolare gli effetti per le ottica di quantum dagli ordini di grandezza.

Similmente, mentre nei trattamenti convenzionali la contaminazione è evitata a tutto il costo, è stato indicato che per l'ottica di quantum, la contaminazione può essere vantaggiosa. Il lettore interessato può imparare più circa la punta del progresso nel montaggio di AtomChips dentro [3].

Se uno è interessato nell'esempio specifico di computazione di quantum, una generalità buona si arrende il numero speciale dell'Elaborazione delle Informazioni di Quantum del giornale, circa essere pubblicato [4].

All'Università diBen-Gurion del Negev (BGU) abbiamo costruito uno con primo, se non il primo, funzione di montaggio destinata dall'inizio per rispondere ai bisogni della comunità di AtomChip.

Nella le figure, presento due chip da costruzione a BGU. Il primo è un AtomChip per gli atomi neutri, che hanno caratterizzato nel caricatore di Scienza nel 2008 e che dovuto ultra la sensibilità all'interazione della atomo-superficie, permessa all'osservazione di un fenomeno completamente sconosciuto nel trasporto dell'elettrone. Una nuvola minuscola di alcuni mille atomi neutri bloccati micron sopra gli elettrodi di un AtomChip egualmente è presentata.

Il secondo AtomChip si adatta per gli atomi fatti pagare. Due ioni bloccati sui micron di questo chip sopra la superficie sono indicati nella la figura. Per Concludere, presento un aspetto schematico di come il AtomChip futuro sarà strutturato.

Figura 2. Figura 2. Una nuvola diluita di alcuni mille atomi ultra-freddi alcuni micron-metri sopra la superficie di un AtomChip. Gli elettrodi del chip sono visibili nei precedenti. Catturato da [6].

La Figura 3. la Fluorescenza da due ioni ha intrappolato i micron-metri sopra la superficie del AtomChip come appare sotto figura 4 (collaborazione con Ferdinand Schmidt-Kaler).

La Figura 4. AtomChip per gli atomi fatti pagare (Chip dello Ione) da costruzione a BGU e ready per essere immesso nella camera a Mainz, Germania.

Figura 5. Una visualizzazione schematica di come un'unità futura di AtomChip sarebbe strutturata. La camera di vuoto miniatura sarà inclusa nel substrato di silicio. Il chip integrerebbe tutti i particella richiesta/sorgenti luminose come pure valvole di MEMs, fotonica, risuonatori alti--q e lettura via le fibre e l'elettronica (cortesia di Tim Freegarde)

Il AtomChip è non solo un esempio sbalorditivo di sinergia fra due discipline. È egualmente un esempio meraviglioso dell'integrazione di molti elementi operativi differenti in un'unità monolitica: elettrodi metallici per le correnti e spese parallelamente con la fotonica ed i risuonatori alti--q, MEMs, laser, ecc.

Ulteriormente, la piattaforma di AtomChip può permettere all'integrazione di vari sistemi di quantum. Questi cosiddetti sistemi di quantum ibridi possono comprendere, per esempio, i circuiti logici fatti dei qubits superconduttori (quantum-bit) e della memoria di quantum sotto forma di atomi bloccati.

Mentre la Scienza è dopo tutto circa conoscenza e non solo la tecnologia, forse sta adattandosi per cessare questo breve profilo con un più vasto e punto di vista in qualche modo filosofico. Poichè il AtomChip permette alle operazioni sempre più complesse di quantum, egualmente permetterà alle comprensioni più profonde e più profonde nella teoria dei quanti. Tale comprensione di uno dei regni della natura più sconosciuti può avere implicazioni profonde riguardo al nostro concetto dell'universo come pure della nostra percezione di noi stessi. Per esempio, rispondere all'enigma di se le funzioni del cervello seguono la logica di quantum o la logica classica può avere conseguenze riguardo alla domanda di libero arbitrio.

Qualunque il futuro tiene per il AtomChip, è evidente che questo chip ci ha invitati per abbastanza un giro.


[1] R. Folman, P. Kruger, J. Schmiedmayer, J. Denschlag e C. il Henkel, atomi freddi Gestenti facendo uso delle superfici nanofabricated: Chip dell'Atomo, Adv. A. Mol. Scelga. Phys. 48, 263 (2002).

[2] J. trappole del Microchip, di Reichel e condensazione di Bose-Einstein, Appl. Phys. B 75, 469 (2002).

[3] R. Folman, P. Treutlein, J. Schmiedmayer, Lavorazione dell'Atomo Scheggia, in “Atomo Scheggia„ (Libro di Wiley-VCH, 2011), Eds. Vladan Vuletic e Jakob Reichel.

[4] Elaborazione delle informazioni con le particelle neutrali, numero speciale Di Quantum nel giornale di Elaborazione delle Informazioni di Quantum (http://www.springer.com/physics/journal/11128), Eds. Ron Folman e Howard Brandt.

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

[6] Ramon Szmuk, M.Sc. Tesi, Università diBen-Gurion del Negev (2011)

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

Last Update: 14. June 2013 06:59

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