중국 과학 기술 대학은 칩 일체형 저온 원자 광자기 트랩 시스템을 최초로 구현하여 양자 기술 적용을 촉진했습니다.

최근 중국 과학 기술 대학의 Guo Guangcan 교수 팀은 Lu Zhengtian 교수와 협력하여 칩 기반 저온 원자 시스템 분야에서 새로운 진전을 이루었으며 처음으로 이중 칩 저온 원자 광자기 트랩 시스템. 이번 성과는 양자 정밀 측정, 양자 시뮬레이션, 양자 중력계, 양자 메모리 등 컴퓨팅 관련 애플리케이션을 실현하는 데 도움이 될 것입니다.

자기광학 트랩은 원자 증기를 냉각하고 포획할 수 있으며 현대 원자 물리학 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 자기-광학 트랩을 통해 얻은 저온 원자 앙상블은 긴 일관성 시간 큐비트를 구현하고 이를 기반으로 양자 정밀 측정, 양자 시뮬레이션 및 계산과 같은 응용을 구현하는 데 필요한 기반입니다.

그러나 기존의 광자기 트랩 시스템은 다중 채널 자유 공간 빔 정렬, 거대한 헬름홀츠 방지 코일, 자기장과 자기장 및 라이트 필드 센터의 도전을 기다리고 있습니다. 따라서 소형화 및 칩 기반 광자기 트랩 시스템을 구현하는 방법은 광범위한 국제적 관심을 불러일으켰습니다. 그중에서도 격자 칩을 기반으로 한 광자기 트랩은 기존 광자기 트랩의 6개 공간 광선 입사 시스템을 크게 단순화했으며, 크기가 작고, 무게가 가벼우며, 광학 창이 풍부하고, 고도로 뛰어납니다. 확장 가능하지만 모바일 양자 정밀 측정 시스템에서도 통합 양자 컴퓨팅 시스템에는 엄청난 잠재력이 있습니다.

하지만 광자기 트랩의 또 다른 중요한 구성 요소인 자기장 코일의 경우 이전에는 3차원 코일로만 구현할 수 있었습니다. 자기장 코일의 크기가 더 커지면 필요한 자기장 구배를 달성하기 위해 더 두꺼운 와이어와 더 강한 전류가 필요하며, 이는 궁극적으로 높은 전력 소비와 심각한 발열을 초래합니다. 코일의 크기를 줄이면 코일이 광 경로를 크게 방해하여 사용할 수 있는 광학 창의 크기가 줄어들 수 있습니다.

이를 위해 Guo Guangcan 학자 팀과 Zou Changling 연구 그룹은 Lu Zhengtian 교수와 협력하여 필요한 광자기 트랩을 생성하는 데 3cm x 3cm 칩만 필요한 새로운 평면 자기장 코일 구성을 제안했습니다. 4중극 자기장. 중국 과학기술대학교 마이크로 나노 프로세싱 센터를 기반으로 매칭 자기장 ​​칩과 격자 칩을 독자적으로 설계, 가공했으며, 이를 기반으로 106개 이상의 저온 87Rb 원자를 성공적으로 포착해 이 새로운 구성의 실용성. 그들은 독립적으로 설계된 자기장 칩과 격자 칩을 결합하여 이중 칩 저온 원자 광자기 트랩 시스템을 구현했습니다. 관련 결과는 최근 'Physical Review Applied' 저널 온라인판에 게재됐다.

앞서 언급한 팀이 독립적으로 설계한 두 개의 칩은 크기가 작고, 무게가 가벼우며, 전력 소비가 낮아서 더 많은 광학 창을 확보할 수 있습니다. 또한 사용이 매우 편리하며 두 개의 칩을 함께 쌓을 수 있으며 진공 유리 창 외부에 고정하려면 투명한 접착제만 있으면 단일 레이저 빔으로 캡처할 수 있습니다. 이 중 자기장 칩은 6.4W(와트)로 구동이 가능하며 휴대용 배터리로 구동될 것으로 예상돼 소형 광자기 트랩 시스템의 통합이 더욱 촉진될 것으로 예상된다.

또한 팀은 새로운 구성에서 자기광학 트랩의 성능과 다양한 매개변수 간의 관계를 추가로 조사했습니다. 실험에서 연구진은 자기장 전류가 증가함에 따라 국소 최적 광학장 디튜닝도 대략 선형적으로 증가한다는 것을 관찰했습니다. 연구팀은 원자의 에너지 준위 구성에서 출발하여 이것이 자기장의 크기 감소에 따른 것일 수 있음을 제시하고, 기존의 3차원 원자로에서 쉽게 간과되기 쉬운 광자기 트랩 제어의 새로운 특징을 실험적으로 확인했다. 입체적인 대형 코일 구성. 이 연구 작업은 이 중요한 물리적 현상을 실험적으로 관찰했을 뿐만 아니라 광자기 트랩의 성능에 대한 새로운 이해를 제공했습니다.

심사위원은 “이번 작품은 격자자기광트랩(MOT)과 마이크로 MOT 기술이 관심을 받고 있는 원자·분자·광학(AMO) 분야에서 주목을 받을 것이라고 생각한다”고 말했다. 이 작업은 실질적인 영향을 미치며 실제 응용과 밀접하게 관련되어 있습니다.”

중국 과학원 양자 정보 핵심 연구소의 대학원생인 Chen Liang은 이 논문의 첫 번째 저자이자 Zou Changling 교수는 논문의 교신저자입니다. 앞서 언급한 연구 작업은 국가핵심연구개발사업, 국립자연과학재단, 중앙대학 기초연구비, 국가시장감시핵심연구소(시간주파수 및 중력 측정 벤치마크) 오픈 프로젝트의 지원을 받아 이뤄졌다. 관련 결과는 특허를 받고 인증되었습니다.

교정: 딩샤오