由伯明翰大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的英國量子技術(shù)中心傳感器和定時(shí)技術(shù)有限公司的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種縮小量子感測系統(tǒng)中使用的設(shè)備的方法。

從進(jìn)行地面勘測到監(jiān)測火山，傳感設(shè)備在工業(yè)上有大量用途。致力于提高這些傳感器功能的科學(xué)家現(xiàn)在正在使用基于冷原子的量子技術(shù)來提高其靈敏度。

然而，實(shí)驗(yàn)室中使用量子技術(shù)開發(fā)的機(jī)器笨重且難以運(yùn)輸，這使得當(dāng)前的設(shè)計(jì)不適用于大多數(shù)工業(yè)用途。

研究人員團(tuán)隊(duì)使用了一種新方法，它將使量子傳感器縮小到目前尺寸的一小部分。這項(xiàng)研究由伯明翰大學(xué)和SUSTech在中國領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)與德國帕德博恩大學(xué)合作進(jìn)行。他們的結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

當(dāng)前在傳感設(shè)備中使用的量子技術(shù)通過精細(xì)控制激光束以在超冷溫度下工程化和操縱原子而起作用。為了解決這個問題，必須將原子包含在真空密封的室內(nèi)，然后將其冷卻至所需溫度。

使儀器小型化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于減小激光束所需的空間，激光束通常需要成角度設(shè)置為三對。激光通過向運(yùn)動的原子發(fā)射光子來冷卻原子，從而降低其動量并因此使其冷卻。

新的發(fā)現(xiàn)表明如何使用新技術(shù)來減少激光傳輸系統(tǒng)所需的空間。該方法使用稱為光學(xué)超表面的設(shè)備- 可以用來控制光的制造結(jié)構(gòu)。

超表面光學(xué)芯片可以設(shè)計(jì)成將單個光束衍射成五個單獨(dú)的，平衡良好且均勻的光束，用于使原子過冷。該單芯片可以替代當(dāng)前組成冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜光學(xué)設(shè)備。

在過去的幾年中，超表面光子器件激發(fā)了一系列新穎的研究活動，這是研究人員首次能夠證明其在冷原子量子器件中的潛力。

該研究的主要作者Yu-Hung Lien博士說：“英國量子技術(shù)中心的任務(wù)是提供可以被工業(yè)采用和使用的技術(shù)。設(shè)計(jì)出足夠小，便于攜帶或適合使用的設(shè)備。進(jìn)入工業(yè)流程和實(shí)踐至關(guān)重要。這種新方法代表了該方法的重要一步。”

該團(tuán)隊(duì)成功地生產(chǎn)了直徑僅為0.5mm的光學(xué)芯片，從而為未來的尺寸約為30cm的傳感設(shè)備提供了平臺。下一步將是優(yōu)化平臺的大小和性能，以針對每種應(yīng)用產(chǎn)生最大的靈敏度。