AtomChip : 帶來極小製作和 Quantum 光學

羅恩 Folman

羅恩 Folman 教授 - Negev 的本古理安大學,以色列。 對應的作者: folman@bgu.ac.il

其中一次這個 20 世紀的科學革命th 是量子力學。 它是一個古怪的原理,非常與我們每日不同體驗,例如,微粒作為通知或可以立即在幾個安排。

因為它是機率本質上,它也是非常與我們確定性的古典物理原理不同。 此奇怪的原理已經啟用了技術奇蹟例如原子鐘。

其中一次這個 20 世紀的技術革命th 是電子集成電路。 這樣電路,百萬晶體管被放到一個小的半導體籌碼,啟用了今天吞噬我們的壽命的計算機和多數技術小配件。

不是少見的連接知識的二個表面上無關聯的域達到到達更在雙親學科埋置的潛在之外的僅僅總和的股息。

AtomChip 是這樣故事。 它帶來兩個世界最好: 微型和納諾製造的相對地熟田和量子論提供的新的套科學規律。 同時他們形成數量技術,與設備承諾例如微型原子鐘、磁性傳感器、慣性導航系統、萬有引力域傳感器、數量通信和密碼學和數量計算機。

主要想法是使共存成為可能在一個古典環境內的量子論系統,因此古典環境由標準設備啟用量子論系統的有效控制以及有效信息交換例如當前日電子和計算機。

主要挑戰在他們的量子態來自這個情況,當我們要耦合到控制和信息交換的時量子論系統,量子論系統仅生存在隔離的嚴重情況下。

AtomChips 的第一代在世紀 [1,2 之交] 被設計了并且被管理。 這些籌碼在微型被製造的電極保持電流和充電基礎上,并且在以超冷中立原子的形式量子論系統通過激光和其他簡單的平均值冷卻了,不用需要對於笨重低溫用具。 這些簡單的冷卻方法在 1997年和 2001年提升了諾貝爾獎。

因此,中立原子在真空被困住在室溫籌碼的表面的上一些微米。 如果,在半導體籌碼,系統利益在這個籌碼內移動,這裡,系統利益在電,磁性和電磁場,在這個籌碼上的微米內被困住并且引導。

圖 1。 在電子運輸的一種以前未知的現象觀察的中立原子的 AtomChip [5] (與約爾格 Schmiedmayer) 的協作。

今天這個籌碼轉變了成不同的格式。 例如,除中立原子之外,感冒查出離子,分子,并且甚而電子在表面上被困住。 要增加簡單,與熱基本蒸氣的膠囊也用於。

另外,嘗試被做使用即陳列唯一功能不破壞性耦合對在他們內被埋置的量子論系統的固體格子 [在碳格子 (金剛石) 內的] 氮氣Vacany (顏色) 中心。

在許多實驗室以及私人公司中, AtomChip 技術當前簡化并且小型化。 真空箱,例如,將位於在硅體裡面。 集成二極管激光和 photonics 為精美信息交換將提供高效的輕問題交往。

我們因而是離此刻不遠,當 AtomChips 在沿著 20 世紀電子元件時的標準電子董事會th 可能被埋置。 外部,一个不會能分開告訴他們。

對於那些熟悉製造,注意到是有趣的, AtomChip 有許多全新的優值根據質量和產量籌碼。 它也要求新的材料和幾何。 例如,而傳導線的表面或邊緣坎坷是在半導體行業的一點重要的事物 (只要傳導性依然是高),數量光學要求極其平滑性。

此外,而電子非均質性的材料在無處將被找到在電子工業,他們由數量級顯示減少妨害數量光學的作用。

同樣,而在常規進程汙穢避免在所有費用,顯示為數量光學,汙穢可能是有利的。 感興趣閱讀程序能瞭解更多關於在 AtomChips 的製造的科技目前進步水平 [3]。

如果一个是對量子計算感興趣的特定示例,好概覽在這個日記帳信息處理的 Quantum 的特別問題提供,被發布 [4]。

在 Negev (BGU) 的本古理安大學我們修建了一第一,如果不是第一,從開始被設計的製造設備處理 AtomChip 社區的需要。

在圖,我存在二個籌碼被製造在 BGU。 第一是中立原子的 AtomChip,在 2008年在科學雜誌以為特色,并且由於超區分對原子表面交往,被啟用一種完全地未知的現象觀察在電子運輸的。 在 AtomChip 的電極的上微米也存在被困住的幾千個中立原子一朵微小的雲彩。

第二 AtomChip 為被充電的原子適應。 在表面上的此籌碼微米困住的二個離子在這個圖顯示。 終於,我存在一張概要視圖如何將構建將來的 AtomChip。

圖 2. 圖 2。 幾千個超冷原子一朵稀釋雲彩在 AtomChip 的表面的上一些個微米儀表。 這個籌碼的電極是可視的在這個背景中。採取從 [6]。

圖 3. 從二個離子的熒光捕捉在圖下面顯示的 AtomChip 的表面的上微米儀表 4 上 (與費迪南德施密特Kaler) 的協作。

圖 4. 被充電的原子的 (離子籌碼) AtomChip 被製造在 BGU 和在美因法,德國準備被放到這個房間。

圖 5。 一張概要視圖如何將構建一個將來的 AtomChip 設備。 微型真空箱將被埋置到硅體。 這個籌碼通過纖維和電子 (禮貌蒂姆將集成所有必需的微粒/光源以及 MEMs 閥門、 photonics、高的 Q 諧振器和讀出 Freegarde)

AtomChip 是共同作用的不僅一個令人驚訝的示例在二個學科之間的。 它也是許多不同的可操作的要素的綜合化的一個美妙的示例在一個整體設備的: 當前的並行金屬電極和充電與 photonics 和高的 Q 諧振器, MEMs,激光,等等。

進一步, AtomChip 平臺可能啟用幾不同的量子論系統的綜合化。 例如,這些所謂的雜種量子論系統可能包括邏輯門由超導的 qubits (數量位) 和數量內存製成以被困住的原子的形式。

當科學所有在不僅知識和技術以後,或許它適合結束與一個更加清楚和有些哲學觀點的此概要。 因為 AtomChip 啟用越來越複雜數量運算,它也將啟用越来越深刻的答案到量子論。 這樣瞭解對其中一最奇怪的自然本性可能有關於我們的宇宙以及我們的徵收的概念的深刻的涵義我們自己。 例如,回答謎腦子功能是否按照數量邏輯或古典邏輯可能有關於自願的問題的結果。

什麼遠期為 AtomChip 暫掛,相當明顯此籌碼為乘駕相當邀請了我們。


[1] R. Folman、 P. Kruger, J. Schmiedmayer, J. Denschlag 和 C. 漢高公司,使用 nanofabricated 表面的控制冷原子: 原子籌碼,副詞。 在。 Mol. 選擇。 Phys。 48, 263 (2002)。

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

[3] R. Folman, P. Treutlein, J. Schmiedmayer,生產原子在 「原子切削,切削」 (由威里VCH 所著的書, 2011),編輯。 Vladan Vuletic 和雅各布 Reichel。

[4] Quantum 信息處理與中立微粒,特別問題在信息處理 Quantum 的日記帳上 (http://www.springer.com/physics/journal/11128),編輯。 羅恩 Folman 和霍華德勃朗特。

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

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

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

Last Update: 14. June 2013 06:47

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