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科学家让量子技术变得更小

由伯明翰大学领导的英国量子技术中心传感器和计时中心的研究人员开发了一种缩小用于量子传感系统的设备的方法。

传感设备有大量的工业用途,从进行地面调查到监测火山。致力于提高这些传感器能力的科学家们现在正在使用基于冷原子的量子技术来提高它们的灵敏度。

然而,使用量子技术在实验室开发的机器笨重且难以运输,使得目前的设计不适用于大多数工业用途。

目前用于传感设备的量子技术通过精细控制激光束来在超低温下设计和操纵原子。为了做到这一点,原子必须被包含在真空密封的房间里,在那里它们可以被冷却到所需的温度。

仪器小型化的一个关键挑战是缩小激光束所需的空间,激光束通常需要三对排列,并以不同角度排列。激光通过向运动的原子发射光子来冷却原子,从而降低原子的动量,从而冷却原子。

新的发现显示了如何使用一种新技术来减少激光传输系统所需的空间。这种方法使用一种被称为光学超表面制造的结构来控制光线。

超表面光学芯片可以被设计成将一束光衍射成五束独立的、平衡的、均匀的光,用来对原子进行过冷处理。这种单片芯片可以取代目前构成冷却系统的复杂光学设备。

超表面光子器件在过去几年中激发了一系列新的研究活动,这是研究人员首次能够证明其在冷原子量子器件中的潜力。

这项研究的主要作者连毓雄博士说:“英国量子技术中心的使命是提供可被工业界采用和使用的技术。设计出足够小,便于携带,或者适合工业过程和实践的设备是至关重要的。这个新方法代表了这个方法向前迈出的重要一步。”

该团队已经成功地生产出了直径只有0.5毫米的光学芯片,为未来的传感设备提供了一个平台,尺寸约为30立方厘米。下一步将优化平台的大小和性能,为每个应用程序提供最大的灵敏度。

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