AtomChip: Nanofabrication および Quantum の光学を一緒に持って来ます

Ron Folman

Ron Folman 教授 - Negev のベン Gurion 大学、イスラエル共和国。 対応する著者: folman@bgu.ac.il

20 世紀の科学的な回転のth 1 つは量子力学です。 それはの例えば、粒子波として機能できたりまたは複数の場所にすぐにあることができる私達の日常と別の不可解な理論、非常に経験しますです。

それはまた実際のところ確率的であるので私達の決定論の古典的な物理学の法則と非常に異なっています。 この奇妙な理論は既に原子時計のような技術の驚嘆を可能にしてしまいました。

20 世紀の技術革命のth 1 つは電子集積回路です。 何百万のトランジスターが小さい半導体チップに入るそのような回路は今日私達の生命を巻き込むほとんどの科学技術の小道具およびコンピュータを可能にしました。

知識の 2 つの表面上は接続されていないフィールドを結合することが両親がいる訓練で埋め込まれる潜在性のただの合計を越えて遠いに達する被除数をもたらすことは珍しくないです。

AtomChip はそのような物語です。 それは両方の世界のベストをひとつにまとめます: マイクロおよび nano 製造の比較的熟畑および量子力学によって提供される科学的な規則の新しいセット。 ともにそれらはミニチュア原子時計のような装置の約束の量の技術を、磁気センサー、慣性航法装置、引力フィールドセンサー、量の通信連絡および暗号解読法および量のコンピュータ形作ります。

主旨は古典的な環境が現在の日の電子工学およびコンピュータのような標準装置によって量システムの有効な制御、また有効な情報交換を可能にするように古典的な環境内の量システムの共存を可能にすることです。

主要な挑戦は事実から隔離の厳しい条件の下でだけ量子状態で私達が制御および情報交換のための量システムにつなぎたいと思う間、という量システム存続します来ます。

AtomChips の第一世代は世紀 [1,2] の変わり目に設計され、作動しました。 これらのチップはマイクロ製造された電極の保有物の流れおよび料金に基づき、超冷たい中立原子の形の量システムで扱いにくい低温学の器具のための必要性なしでレーザーおよび他の簡単な平均によって冷却しました。 これらの簡単な冷却方法は 1997 年および 2001 年にノーベル賞をもたらしました。

従って、中立原子は真空で少数のミクロン室温チップの表面の上の引っ掛かりました。 、半導体チップで、興味のシステムがチップの内で、ここに移動すれば、興味のシステムは電気の、磁気および電磁場、チップの上のミクロンの内に引っ掛かり、導かれます。

図 1。 電子輸送の前に未知の現象が観察された中立原子のための AtomChip [5] (Joerg Schmiedmayer との共同)。

今日チップは異なったフォーマットに展開してしまいました。 例えば、中立原子に加えて、風邪はイオン、分子を隔離し、電子は表面の上で引っ掛かります。 簡易性を高めるためには、熱い原子蒸気が付いているカプセルはまた使用されます。

さらにそれらの内で埋め込まれる量システムに破壊的に連結の一義的な機能を表わすソリッドステート格子を利用する、試みは試みられています [カーボン格子 (ダイヤモンド)] 内の例えば窒素Vacany (カラーの) 中心。

多数の実験室、また民間会社では、 AtomChip の技術は現在簡単、小型化されています。 真空槽はシリコン基板の中に、例えば、あります。 統合されたダイオードのレーザーおよび photonics は敏感な情報交換に効率的なライト問題の相互作用を提供します。

私達は AtomChips が 20 の世紀の電子部品の横の標準電子ボードで埋め込まれるかもしれないときこうして時点th にはほど遠くないです。 外部に、 1 つはそれらに離れて言えません。

それらののために製造、の親友 AtomChip に品質の点ではおよびチップの収穫多くの全く新しい性能指数があることに注意することは興味深いです。 それはまた新しい材料および幾何学を必要とします。 (伝導性が高く残る限り) 例えば、行なうワイヤーの表面または端の荒さは半導体工業の少し心配であるが、量の光学は極度な滑らかさを必要とします。

なお、異方性材料は電子産業で見つけられることをどこも電気であるが一桁によって量の光学のための効果を妨げることを減るように示されていました。

同様に量の光学のために、汚染が有利かもしれないことが慣習的なプロセスで汚染はすべての費用で避けるが、示されていました。 興味がある読取装置は AtomChips の製造の最新式についての詳細を学ぶことができます [3]。

1 つが量子計算の特定の例に興味があれば、よい概要は情報処理ジャーナル Quantum の特集号で約出版されるために与えられます [4]。

Negev (BGU) のベン Gurion 大学で私達は第 1 の 1 つを、そうでなかったら第 1 の AtomChip のコミュニティの必要性に対応するように初めから設計されている製造機能組み立てました。

図では、私は BGU で製造される 2 つのチップを示します。 第 1 は特色になった、および 2008 年に科学マガジンで電子輸送の完全に未知の現象の観察可能になる原子表面の相互作用が超感度が原因で中立原子のための AtomChip です。 AtomChip の電極の上の引っ掛かるまた少数の千個の中立原子ミクロンの小さい雲は示されます。

第 2 AtomChip は満たされた原子のために適応します。 表面の上のこのチップミクロンで引っ掛かる 2 つのイオンは図で示されています。 最後に、私は未来の AtomChip がどのようにの構成されるか図式的な眺めを示します。

図 2. 図 2。 少数の千個の超冷たい原子の希薄な雲 AtomChip の表面の上の少数のミクロンメートル。 チップの電極は背景で目に見えます。から取られる [6]。

2 つのイオンからの図 3. 蛍光性は図 4 で次示されている AtomChip の表面の上のミクロンメートルを引っ掛けました (フェルディナントシュミツトKaler との共同)。

BGU で製造される満たされた原子 (イオンチップ) のための図 4. AtomChip はマインツ、ドイツの区域に入るために用意し。

図 5。 AtomChip 未来の装置がどのようにの構成されるか図式的な眺め。 ミニチュア真空槽はシリコン基板に埋め込まれます。 チップはファイバーおよび電子工学 (ティム Freegarde の礼儀) によって統合します MEMs すべての必須の粒子/光源、また弁、 photonics、高Q 共鳴器および読み出し

AtomChip は 2 つの訓練間の共同作用のただの圧倒されるような例です。 それはまた 1 つの単一装置の多くの異なった操作上の要素の統合のすばらしい例です: 流れのための隣り合わせに金属電極および料金 photonics および高Q 共鳴器、 MEMs のレーザーと、等。

更に、 AtomChip のプラットホームは複数の異なった量システムの統合を可能にするかもしれません。 これらのいわゆるハイブリッド量システムは、引っ掛けられた原子の形で superconducting qubits (量ビット) および量のメモリから成っている例えば、論理回路を含むかもしれません。

科学は知識および技術だけの後にすべてに約あると同時により広く、幾分哲学の視点のこの要約を終了するために、多分合っています。 AtomChip はますます複雑な量操作を可能にするので、また量子力学により深く、より深い洞察力を可能にします。 最も奇妙な自然界の 1 つのそのような理解は私達自身の宇宙、また私達の認識の私達の概念に関する深い含意があるかもしれません。 例えば頭脳機能が量の論理か古典的な論理に続くかどうか、エニグマにの答えることは自由意志の質問に関する結果があるかもしれません。

未来は AtomChip のために保持するものは何でも、このチップが乗車のための私達をかなり誘ったことはかなり明確です。


[1] R. Folman、 P. Kruger、 J. Schmiedmayer、 J. Denschlag および C. Henkel の nanofabricated 表面を使用して制御の冷たい原子: 原子チップ、 ADV。 。 Mol. 選択して下さい。 Phys。 48、 263 (2002 年)。

[2] J. Reichel、マイクロチップのトラップおよび Bose Einstein の凝縮、 Appl。 Phys。 B 75、 469 (2002 年)。

[3] R. Folman、 P. Treutlein、 J. Schmiedmayer の原子の製造は 「原子で、欠けます」 (ワイリーVCH 2011 年著作の本)、 ED 欠けます。 Vladan Vuletic およびヤコブ Reichel。

[4] 中立粒子と情報処理 Quantum 情報処理 Quantum のジャーナルの特集号 (http://www.springer.com/physics/journal/11128) の ED。 Ron Folman およびハワードブラント。

[5] S. Aigner、 L. Della Pietra、 Y. Japha、 O. Entin-Wohlman、 T. デイヴィッド、 R. サレム、 R. Folman および J. Schmiedmayer の科学 319 1226 (2008 年)。

[6] ラモン Szmuk、 M.Sc。 説、 Negev (2011 年) のベン Gurion 大学

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

Last Update: 14. June 2013 07:02

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