用于超快速原子電子學的高超聲速物質波

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，可以測量極小的力或微小的旋轉。有一天，這些設備可能會通過感知沙漠中的水位或尋找礦物和石油來監(jiān)測地球的狀況。它們還將用于導航，當GPS因飛機或船只因惡意攻擊而失敗時，或僅僅因為它不可用，例如在深海。他們有一天也可能充當便攜式量子模擬器來解決復雜的計算任務。

相干原子探測器以物質波的形式操縱原子來自玻色 - 愛因斯坦凝聚物(一種物質狀態(tài)，其中所有原子都失去了它們的個體身份并且成為一個單一的量子態(tài)，所有的原子同時在凝聚物中無處不在)。這些物質波中的原子表現(xiàn)得更像波而不是單個粒子。這些物質波可以被干擾并因此使其響應其環(huán)境中的微小變化，例如輕質有機物質和重質鐵礦石之間的重力差異。與光相比，與構成光的光子相比，原子可以靈敏100億倍，例如旋轉或加速。這種靈敏度取決于測量時間，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，達到10米，有時甚至達到100米?？赡艿慕鉀Q方案是引導物質波導中的原子，就像光纖引導光一樣。不幸的是，它們對加速度如此敏感的事實使得它們對物質波導中的任何缺陷都非常敏感。這就是為什么直到最近，還沒有合適的波導原子。問題是因為物質波對光滑度非常敏感。

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

用于“真實世界”應用的現(xiàn)成量子技術的技術挑戰(zhàn)仍然是巨大的。自然文件的TAAP波導向這個方向邁出了重要的一步?？死锾貚u物質波動團隊將使用這種迷你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，他們計劃在環(huán)上構建一個mm尺寸的atomtronic陀螺儀和重力傳感器。