用于超快速原子電子學(xué)的高超聲速物質(zhì)波

Atomtronics以電子操縱電子的方式操縱原子。它承載著高度緊湊的量子器件，可以測(cè)量極小的力或微小的旋轉(zhuǎn)。有一天，這些設(shè)備可能會(huì)通過感知沙漠中的水位或?qū)ふ业V物和石油來監(jiān)測(cè)地球的狀況。它們還將用于導(dǎo)航，當(dāng)GPS因飛機(jī)或船只因惡意攻擊而失敗時(shí)，或僅僅因?yàn)樗豢捎茫缭谏詈?。他們有一天也可能充?dāng)便攜式量子模擬器來解決復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。

相干原子探測(cè)器以物質(zhì)波的形式操縱原子來自玻色 - 愛因斯坦凝聚物(一種物質(zhì)狀態(tài)，其中所有原子都失去了它們的個(gè)體身份并且成為一個(gè)單一的量子態(tài)，所有的原子同時(shí)在凝聚物中無處不在)。這些物質(zhì)波中的原子表現(xiàn)得更像波而不是單個(gè)粒子。這些物質(zhì)波可以被干擾并因此使其響應(yīng)其環(huán)境中的微小變化，例如輕質(zhì)有機(jī)物質(zhì)和重質(zhì)鐵礦石之間的重力差異。與光相比，與構(gòu)成光的光子相比，原子可以靈敏100億倍，例如旋轉(zhuǎn)或加速。這種靈敏度取決于測(cè)量時(shí)間，就像牛頓的蘋果原子因地球引力而下降一樣。這迫使最敏感的干涉儀非常高，達(dá)到10米，有時(shí)甚至達(dá)到100米。可能的解決方案是引導(dǎo)物質(zhì)波導(dǎo)中的原子，就像光纖引導(dǎo)光一樣。不幸的是，它們對(duì)加速度如此敏感的事實(shí)使得它們對(duì)物質(zhì)波導(dǎo)中的任何缺陷都非常敏感。這就是為什么直到最近，還沒有合適的波導(dǎo)原子。問題是因?yàn)槲镔|(zhì)波對(duì)光滑度非常敏感。

由Wolf von Klitzing領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)由克里特島(希臘)組成的國(guó)際科學(xué)家小組通過演示原子波導(dǎo)中物質(zhì)波的第一次相干加速和傳輸向小型，超靈敏的原子設(shè)備邁出了一步。IESL-FORTH科學(xué)家的突破是他們使用不同頻率的磁場(chǎng)組合來產(chǎn)生所謂的時(shí)間平均絕熱電位(TAAP)。為了證明這些物質(zhì)波導(dǎo)非常光滑，他們構(gòu)造了一個(gè)mm尺寸的加速器環(huán)對(duì)于中性物質(zhì)波，就像用于帶電粒子的千米大小的CERN加速器一樣。物質(zhì)波達(dá)到超音速超過16馬赫(一馬赫=聲速)并引導(dǎo)物質(zhì)波超過40厘米 - 與之前的記錄相比提高了1000倍以上。

用于“真實(shí)世界”應(yīng)用的現(xiàn)成量子技術(shù)的技術(shù)挑戰(zhàn)仍然是巨大的。自然文件的TAAP波導(dǎo)向這個(gè)方向邁出了重要的一步?？死锾貚u物質(zhì)波動(dòng)團(tuán)隊(duì)將使用這種迷你CERN類加速器環(huán)來研究基本的物理問題，例如玻色愛因斯坦凝聚體和原子碰撞的超流體特性。在不久的將來，他們計(jì)劃在環(huán)上構(gòu)建一個(gè)mm尺寸的atomtronic陀螺儀和重力傳感器。