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[導(dǎo)讀]原本大型磁場(chǎng)線圈才能“綁”住的原子,現(xiàn)在僅用100微米寬的光刻線圈,就能讓其“定身”。最近,記者從中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所獲悉,該所量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一研究小組實(shí)現(xiàn)了我國(guó)第一個(gè)原子芯片上的玻色-愛因斯

原本大型磁場(chǎng)線圈才能“綁”住的原子,現(xiàn)在僅用100微米寬的光刻線圈,就能讓其“定身”。最近,記者從中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所獲悉,該所量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一研究小組實(shí)現(xiàn)了我國(guó)第一個(gè)原子芯片上的玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC),與浙江大學(xué)光學(xué)所合作成功研制出國(guó)內(nèi)第一塊靜磁阱原子芯片和高頻勢(shì)阱芯片,為量子信息存儲(chǔ)、量子信息“復(fù)印”和量子路由器研究打下了基礎(chǔ)。

80多年前,科學(xué)巨匠愛因斯坦曾預(yù)言:在極低的溫度下,原本雜亂無章的原子會(huì)突然在最低的能量狀態(tài)凝聚,其統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)猶如“一群原子在齊聲歌唱”。這就是物理學(xué)界著名的“玻色-愛因斯坦凝聚”。在這種特異狀態(tài)下,原子的速度幾乎等于零,從而為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家提供了一個(gè)獨(dú)一無二的新介質(zhì)。同時(shí),它還是打開量子信息時(shí)代大門的一塊重要“敲門磚”。

為了得到玻色-愛因斯坦凝聚體,科學(xué)家們千方百計(jì)讓原子交出熱能,因?yàn)闇囟仍礁?,原子就越躁?dòng)不安。以前,科學(xué)家不得不使用大型的磁場(chǎng)線圈來“逼迫”原子就范,“僅磁場(chǎng)線圈就有半個(gè)柜式空調(diào)機(jī)大小,整套儀器加在一起,能占據(jù)半個(gè)房間?!鳖I(lǐng)銜該項(xiàng)目的中科院院士王育竹告訴記者,半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)為“定身”原子帶來了更簡(jiǎn)單價(jià)廉的方法。

在一塊大拇指指甲蓋大小的芯片上,科技人員用激光在表面的鍍金層上,刻出一道Z型和U型的細(xì)線。這道環(huán)起的細(xì)線就成了原子難以逃脫的“囚室”:細(xì)線通電后,會(huì)在表面產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng),使進(jìn)入的原子懸空于其中,無法逃脫。同時(shí),它還能通過一種“不平等交換”,讓原子在不知不覺中失去原有的熱能,直至冷卻到進(jìn)入玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。

這次,利用這一方法,科學(xué)家觀測(cè)到了上千個(gè)銣原子在5秒內(nèi),在光刻線圈中進(jìn)入“齊聲歌唱”的狀態(tài),使超冷原子氣體的溫度冷卻到0.0000003K(0℃為273.15K)?!皣?guó)際上已有多個(gè)國(guó)家擁有了芯片BEC,但在亞洲,我們是繼日本之后第二個(gè)實(shí)現(xiàn)芯片BEC的國(guó)家?!蓖跤窠榻B說,原子芯片提高了冷原子裝置的穩(wěn)定性、可靠性和便攜性,也為實(shí)現(xiàn)量子信息存儲(chǔ)前進(jìn)了重要一步。“就像現(xiàn)在我們用電信號(hào)把數(shù)據(jù)寫入硬盤一樣?!?/P>

更可貴的是,該小組的4位年輕科學(xué)家在王育竹院士的帶領(lǐng)下,通過5年努力,建立了我國(guó)第一套集光、機(jī)、電于一體的原子芯片實(shí)驗(yàn)裝置。

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