AtomChip: Brengende Nanofabricatie en QuantumOptica Samen

Door Ron Folman

De Universiteit Ron Folman - ben-Gurion van Prof. van Negev, Israël. Overeenkomstige auteur: folman@bgu.ac.il

Één van de wetenschappelijke revoluties van eeuwth 20 is QuantumWerktuigkundige. Het is een bizarre theorie, uiterst verschillend van onze ervaringen van dag tot dag, waarin, bijvoorbeeld, een deeltje als golf kan dienst doen of in verscheidene plaatsen kan meteen zijn.

Het is ook zeer verschillend van onze deterministische klassieke wetten van fysica aangezien het van aard probabilistic is. Deze vreemde theorie heeft reeds wonderen van technologie zoals de atoomklok toegelaten.

Één van de technologische revoluties van eeuwth 20 is de elektronische geïntegreerde schakeling. Dergelijke kringen, waarin miljoenen transistors in een kleine halfgeleiderspaander worden gezet, hebben de computer en de meeste technologische gadgets toegelaten die vandaag ons leven overspoelen.

Het is niet ongewoon dat het aansluiten vanzich bij twee schijnbaar afgekoppelde gebieden van kennis dividenden bewerkstelligt die ver voorbij de zuivere som van het potentieel ingebed in de twee ouderdisciplines bereiken.

AtomChip is zulk een verhaal. Het brengt het beste van beide werelden samen: vrij het rijpe gebied van micro en nano- vervaardiging en de nieuwe reeks wetenschappelijke die regels door quantumtheorie worden verstrekt. Samen vormen zij quantumtechnologie, met de belofte van apparaten zoals miniatuur atoomklokken, magnetische sensoren, traagheidsnavigatiesystemen, de sensoren van het gravitatiegebied, quantummededeling en cryptografie, en de quantumcomputer.

Het belangrijkste idee is de coëxistentie van een quantumsysteem te maken binnen een klassiek milieu mogelijk, zodat het klassieke milieu efficiënte controle van het quantumsysteem evenals efficiënte informatieuitwisseling door standaardapparaten zoals huidige elektronika en computers toelaat.

De belangrijkste uitdaging komt uit het feit dat terwijl wij aan het quantumsysteem voor controle en informatieuitwisseling willen koppelen, de quantumsystemen in hun quantumstaat slechts in de strenge omstandigheden van isolatie overleven.

De eerste generatie van AtomChips werd ontworpen en werkte bij het wisselen van de eeuw [1.2]. Deze spaanders werden gebaseerd op micro-vervaardigde elektroden houdend stromen en lasten, en op een quantumsysteem in de vorm van ultra-koude neutrale die atomen door lasers worden gekoeld en andere eenvoudige middelen zonder de behoefte aan een hinderlijk cryogeen apparaat. Deze eenvoudige het koelen methodes leidden tot de prijzen van Nobel in 1997 en 2001.

Aldus, werden de neutrale atomen opgesloten in vacuüm een paar microns boven de oppervlakte van een kamertemperatuurspaander. Als, in een halfgeleiderspaander, het systeem van belang zich binnen de spaander, hier beweegt, is het systeem van belang opgesloten en geleid binnen elektrische, magnetische en elektromagnetische velden, microns boven de spaander.

Figuur 1. Een AtomChip voor neutrale atomen waarmee een eerder onbekend fenomeen in elektronenvervoer werd waargenomen [5] (samenwerking met Joerg Schmiedmayer).

Vandaag heeft de spaander in verschillende formaten geëvolueerd. Bijvoorbeeld, naast neutrale atomen, isoleerde de koude ionen, zijn de molecules en zelfs de elektronen opgesloten boven de oppervlakte. Om eenvoud te verhogen, worden de capsules met hete atoomdamp ook gebruikt.

Bovendien worden de pogingen gemaakt om roosters in vaste toestand te gebruiken die de unieke eigenschap van niet destructief het koppelen aan een quantumsysteem ingebed binnen hen tentoonstellen [b.v. (kleur) centra stikstof-Vacany binnen een koolstofrooster (diamant)].

In talrijke laboratoria evenals privé bedrijven, wordt de technologie AtomChip momenteel vereenvoudigd en verkleind. De luchtledige kamer, bijvoorbeeld, zal gevestigd worden binnen het siliciumsubstraat. De Geïntegreerde diodelasers en photonics zullen efficiënte licht-kwestieinteractie voor gevoelige informatieuitwisseling verstrekken.

Wij zijn niet zo verre van het punt op tijd wanneer AtomChips in standaard elektronische raad naast 20 eeuw elektronischeth componenten kan worden ingebed. Uiterlijk, zal men niet hen kunnen apart vertellen.

Voor die vertrouwd met vervaardiging, is het interessant om op te merken dat AtomChip vele volledig nieuwe cijfers van verdienste in termen van kwaliteit en opbrengst van spaanders heeft. Het vereist ook nieuwe materialen en meetkunde. Bijvoorbeeld, terwijl oppervlakte of rand de ruwheid van het leiden van draden van weinig belang in de halfgeleiderindustrie (zolang het geleidingsvermogen) hoog blijft is, vereist de quantumoptica extreme zachtheid.

Voorts terwijl elektrisch de anisotrope materialen nergens in de elektronische industrie moeten worden gevonden, zijn zij getoond om het belemmeren van gevolgen voor quantumoptica te verminderen door grootteordes.

Op Dezelfde Manier terwijl in conventionele processen wordt de verontreiniging vermeden aan al kosten, heeft men getoond dat voor quantumoptica, de verontreiniging voordelig kan zijn. De geinteresseerde lezer kan meer over het overzicht in de vervaardiging van AtomChips binnen leren [3].

Als men in het specifieke voorbeeld van quantum gegevensverwerking geinteresseerd op het punt staat, wordt een goed overzicht gegeven in de speciale kwestie van de dagboek QuantumInformatieverwerking, worden gepubliceerd [4].

Bij Universiteit ben-Gurion van Negev (BGU) die wij hebben één van de eerste, als niet de eerste geconstrueerd, vervaardigingsfaciliteit vanaf het begin in het leven om wordt geroepen om op de behoeften van de gemeenschap gericht te zijn AtomChip.

In de cijfers, stel Ik twee die spaanders voor bij BGU worden vervaardigd. De eerste is een AtomChip voor neutrale atomen, die in het tijdschrift van de Wetenschap in 2008 voorkwamen, en die wegens de ultragevoeligheid voor atoom-oppervlakte de interactie, de observatie van een volledig onbekend fenomeen in elektronenvervoer toeliet. Een uiterst kleine wolk van een paar duizend neutrale atomen opgesloten microns boven de elektroden van een AtomChip wordt ook voorgesteld.

Tweede AtomChip wordt aangepast voor geladen atomen. Twee die ionen op deze spaandermicrons worden opgesloten boven worden de oppervlakte getoond in het cijfer. Tot Slot stel Ik een schematische mening van voor hoe toekomstige AtomChip zal worden gestructureerd.

Figuur 2. Figuur 2. Een verdunde wolk van een paar duizend ultra-koudeatomen een paar micron-meters boven de oppervlakte van een AtomChip. De elektroden van de spaander zijn zichtbaar op de achtergrond. Genomen van [6].

Figuur 3. De Fluorescentie van twee die ionen sloot micron-meters boven de oppervlakte van AtomChip op hieronder in figuur 4 wordt getoond (samenwerking met Ferdinand Schmidt-Kaler).

Figuur 4. AtomChip voor geladen atomen (IonendieSpaander) bij BGU worden vervaardigd en klaar om in de kamer in Mainz, Duitsland worden gezet.

Figuur 5. Een schematische mening van hoe een toekomstig apparaat AtomChip worden gestructureerd. De miniatuurluchtledige kamer zal in het siliciumsubstraat worden ingebed. De spaander zou alle vereist deeltje/lichtbronnen evenals kleppen MEMs, photonics, resonators hoog-q, en lezen via vezels en elektronika integreren (hoffelijkheid van Tim Freegarde)

AtomChip is niet alleen een mening-boggling voorbeeld van synergisme tussen twee disciplines. Het is ook een prachtig voorbeeld van de integratie van vele verschillende operationele elementen in één monolithisch apparaat: metaal elektroden voor stromen en lasten zij aan zij met photonics en hoog-q resonators, MEMs, lasers, etc.

Verder, kan het platform AtomChip de integratie van verscheidene verschillende quantumsystemen toelaten. Deze zogenaamde hybride quantumdiesystemen kunnen, bijvoorbeeld, logicapoorten omvatten van supergeleidende qubits (quantum-beetjes) worden gemaakt en quantumgeheugen in de vorm van opgesloten atomen.

Aangezien de Wetenschap na allen over kennis en niet alleen technologie is, is het misschien passend om dit korte overzicht met een breder en enigszins filosofisch standpunt te beëindigen. Aangezien AtomChip meer en meer complexe quantumverrichtingen toelaat, zal het ook dieper en dieper inzicht in quantumtheorie toelaten. Dergelijk begrip van één van de vreemdste koninkrijken van aard kan diepe implicaties betreffende ons concept het heelal evenals onze waarneming van ons hebben. Bijvoorbeeld, zal het beantwoorden van het mysterie van of de hersenenfuncties quantumlogica volgen of de klassieke logica gevolgen betreffende de kwestie van vrij kan hebben.

Wat de toekomst voor AtomChip houdt, is het vrij duidelijk dat deze spaander ons voor vrij een rit heeft uitgenodigd.


[1] R. nanofabricated Folman, P. Kruger, J. Schmiedmayer, J. Denschlag en C. Henkel, het Controlerende koude atomen gebruiken oppervlakten: De Spaanders van het Atoom, Adv. Bij. Mol. Opteer. Phys. 48, 263 (2002).

[2] J. Reichel, de vallen van de Microchip en Bose-Einstein condensatie, Appl. Phys. B 75, 469 (2002).

[3] R. Folman, P. Treutlein, J. Schmiedmayer, Vervaardiging van de Spaanders van het Atoom, in de „Spaanders van het Atoom“ (Boek door Wiley-VCH, 2011), Eds. Vladan Vuletic en Jakob Reichel.

[4] QuantumInformatieverwerking met neutrale deeltjes, Speciale kwestie in het dagboek van QuantumInformatieverwerking (http://www.springer.com/physics/journal/11128), Eds. Ron Folman en Howard Brandt.

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

[6] Ramon Szmuk, M.Sc. Thesis, Universiteit ben-Gurion van Negev (2011)

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

Last Update: 14. June 2013 06:50

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit