AtomChip : 带来极小制作和 Quantum 光学

罗恩 Folman

罗恩 Folman 教授 - Negev 的本古理安大学,以色列。 对应的作者: folman@bgu.ac.il

其中一次这个 20 世纪的科学革命th 是量子力学。 它是一个古怪的原理,非常与我们每日不同体验,例如,微粒作为通知或可以立即在几个安排。

因为它是机率本质上,它也是非常与我们确定性的古典物理原理不同。 此奇怪的原理已经启用了技术奇迹例如原子钟。

其中一次这个 20 世纪的技术革命th 是电子集成电路。 这样电路,百万晶体管被放到一个小的半导体筹码,启用了今天吞噬我们的寿命的计算机和多数技术小配件。

不是少见的连接知识的二个表面上无关联的域达到到达更在双亲学科埋置的潜在之外的仅仅总和的股息。

AtomChip 是这样故事。 它带来两个世界最好: 微型和纳诺制造的相对地熟田和量子论提供的新的套科学规律。 同时他们形成数量技术,与设备承诺例如微型原子钟、磁性传感器、惯性导航系统、万有引力域传感器、数量通信和密码学和数量计算机。

主要想法是使共存成为可能在一个古典环境内的量子论系统,因此古典环境由标准设备启用量子论系统的有效控制以及有效信息交换例如当前日电子和计算机。

主要挑战在他们的量子态来自这个情况,当我们要耦合到控制和信息交换的时量子论系统,量子论系统仅生存在隔离的严重情况下。

AtomChips 的第一代在世纪 [1,2 之交] 被设计了并且被管理。 这些筹码在微型被制造的电极保持电流和充电基础上,并且在以超冷中立原子的形式量子论系统通过激光和其他简单的平均值冷却了,不用需要对于笨重低温用具。 这些简单的冷却方法在 1997年和 2001年提升了诺贝尔奖。

因此,中立原子在真空被困住在室温筹码的表面的上一些微米。 如果,在半导体筹码,系统利益在这个筹码内移动,这里,系统利益在电,磁性和电磁场,在这个筹码上的微米内被困住并且引导。

图 1。 在电子运输的一种以前未知的现象观察的中立原子的 AtomChip [5] (与约尔格 Schmiedmayer) 的协作。

今天这个筹码转变了成不同的格式。 例如,除中立原子之外,感冒查出离子,分子,并且甚而电子在表面上被困住。 要增加简单,与热基本蒸气的胶囊也用于。

另外,尝试被做使用即陈列唯一功能不破坏性耦合对在他们内被埋置的量子论系统的固体格子 [在碳格子 (金刚石) 内的] 氮气Vacany (颜色) 中心。

在许多实验室以及私人公司中, AtomChip 技术当前简化并且小型化。 真空箱,例如,将位于在硅体里面。 集成二极管激光和 photonics 为精美信息交换将提供高效的轻问题交往。

我们因而是离此刻不远,当 AtomChips 在沿着 20 世纪电子元件时的标准电子董事会th 可能被埋置。 外部,一个不能分开告诉他们。

对于那些熟悉制造,注意到是有趣的, AtomChip 有许多全新的优值根据质量和产量筹码。 它也要求新的材料和几何。 例如,而传导线的表面或边缘坎坷是在半导体行业的一点重要的事物 (只要传导性依然是高),数量光学要求极其平滑性。

此外,而电子非均质性的材料在无处将被找到在电子工业,他们由数量级显示减少妨害数量光学的作用。

同样,而在常规进程污秽避免在所有费用,显示为数量光学,污秽可能是有利的。 感兴趣阅读程序能了解更多关于在 AtomChips 的制造的科技目前进步水平 [3]。

如果一个是对量子计算感兴趣的特定示例,好概览在这个日记帐信息处理的 Quantum 的特别问题提供,被发布 [4]。

在 Negev (BGU) 的本古理安大学我们修建了一第一,如果不是第一,从开始被设计的制造设备处理 AtomChip 社区的需要。

在图,我存在二个筹码被制造在 BGU。 第一是中立原子的 AtomChip,在 2008年在科学杂志以为特色,并且由于超区分对原子表面交往,被启用一种完全地未知的现象观察在电子运输的。 在 AtomChip 的电极的上微米也存在被困住的几千个中立原子一朵微小的云彩。

第二 AtomChip 为被充电的原子适应。 在表面上的此筹码微米困住的二个离子在这个图显示。 终于,我存在一张概要视图如何将构建将来的 AtomChip。

图 2. 图 2。 几千个超冷原子一朵稀释云彩在 AtomChip 的表面的上一些个微米仪表。 这个筹码的电极是可视的在这个背景中。采取从 [6]。

图 3. 从二个离子的荧光捕捉在图下面显示的 AtomChip 的表面的上微米仪表 4 上 (与费迪南德施密特Kaler) 的协作。

图 4. 被充电的原子的 (离子筹码) AtomChip 被制造在 BGU 和在美因法,德国准备被放到这个房间。

图 5。 一张概要视图如何将构建一个将来的 AtomChip 设备。 微型真空箱将被埋置到硅体。 这个筹码通过纤维和电子 (礼貌蒂姆将集成所有必需的微粒/光源以及 MEMs 阀门、 photonics、高的 Q 谐振器和读出 Freegarde)

AtomChip 是共同作用的不仅一个令人惊讶的示例在二个学科之间的。 它也是许多不同的可操作的要素的综合化的一个美妙的示例在一个整体设备的: 当前的并行金属电极和充电与 photonics 和高的 Q 谐振器, MEMs,激光,等等。

进一步, AtomChip 平台可能启用几不同的量子论系统的综合化。 例如,这些所谓的杂种量子论系统可能包括逻辑门由超导的 qubits (数量位) 和数量内存制成以被困住的原子的形式。

当科学所有在不仅知识和技术以后,或许它适合结束与一个更加清楚和有些哲学观点的此概要。 因为 AtomChip 启用越来越复杂数量运算,它也将启用越来越深刻的答案到量子论。 这样了解对其中一最奇怪的自然本性可能有关于我们的宇宙以及我们的征收的概念的深刻的涵义我们自己。 例如,回答谜脑子功能是否按照数量逻辑或古典逻辑可能有关于自愿的问题的结果。

什么远期为 AtomChip 暂挂,相当明显此筹码为乘驾相当邀请了我们。


[1] R. Folman、 P. Kruger, J. Schmiedmayer, J. Denschlag 和 C. 汉高公司,使用 nanofabricated 表面的控制冷原子: 原子筹码,副词。 在。 Mol. 选择。 Phys。 48, 263 (2002)。

[2] J. Reichel,微芯片陷井和 Bose 爱因斯坦结露, Appl。 Phys。 B 75, 469 (2002)。

[3] R. Folman, P. Treutlein, J. Schmiedmayer,生产原子在 “原子切削,切削” (由威里VCH 所著的书, 2011),编辑。 Vladan Vuletic 和雅各布 Reichel。

[4] Quantum 信息处理与中立微粒,特别问题在信息处理 Quantum 的日记帐上 (http://www.springer.com/physics/journal/11128),编辑。 罗恩 Folman 和霍华德勃朗特。

[5] S. Aigner、 L. Della Pietra, Y. Japha, O. Entin-Wohlman, T. 大卫, R. 萨利姆, R. Folman 和 J. Schmiedmayer,科学 319, 1226 (2008)。

[6] 拉蒙 Szmuk, M.Sc。 论文, Negev 的本古理安大学 (2011)

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

Last Update: 14. June 2013 06:44

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