科学家将量子技术缩小

由伯明翰大学领导的英国量子技术中心传感器和定时技术有限公司的研究人员已经开发出一种缩小量子感测系统中使用的设备的方法。

从进行地面勘测到监测火山，传感设备在工业上有大量用途。致力于提高这些传感器功能的科学家现在正在使用基于冷原子的量子技术来提高其灵敏度。

然而，实验室中使用量子技术开发的机器笨重且难以运输，这使得当前的设计不适用于大多数工业用途。

研究人员团队使用了一种新方法，它将使量子传感器缩小到目前尺寸的一小部分。这项研究由伯明翰大学和SUSTech在中国领导的国际团队与德国帕德博恩大学合作进行。他们的结果发表在《科学进展》上。

当前在传感设备中使用的量子技术通过精细控制激光束以在超冷温度下工程化和操纵原子而起作用。为了解决这个问题，必须将原子包含在真空密封的室内，然后将其冷却至所需温度。

使仪器小型化的关键挑战在于减小激光束所需的空间，激光束通常需要成角度设置为三对。激光通过向运动的原子发射光子来冷却原子，从而降低其动量并因此使其冷却。

新的发现表明如何使用新技术来减少激光传输系统所需的空间。该方法使用称为光学超表面的设备- 可以用来控制光的制造结构。

超表面光学芯片可以设计成将单个光束衍射成五个单独的，平衡良好且均匀的光束，用于使原子过冷。该单芯片可以替代当前组成冷却系统的复杂光学设备。

在过去的几年中，超表面光子器件激发了一系列新颖的研究活动，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。

该研究的主要作者Yu-Hung Lien博士说：“英国量子技术中心的任务是提供可以被工业采用和使用的技术。设计出足够小，便于携带或适合使用的设备。进入工业流程和实践至关重要。这种新方法代表了该方法的重要一步。”

该团队成功地生产了直径仅为0.5mm的光学芯片，从而为未来的尺寸约为30cm的传感设备提供了平台。下一步将是优化平台的大小和性能，以针对每种应用产生最大的灵敏度。

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