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我国首次实现原子芯片上的玻色-爱因斯坦凝聚体

时间：2008-12-04 11:42:37

关键字：爱因斯坦芯片线圈量子信息

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[导读]原本大型磁场线圈才能“绑”住的原子，现在仅用100微米宽的光刻线圈，就能让其“定身”。最近，记者从中科院上海光学精密机械研究所获悉，该所量子光学重点实验室一研究小组实现了我国第一个原子芯片上的玻色-爱因斯

原本大型磁场线圈才能“绑”住的原子，现在仅用100微米宽的光刻线圈，就能让其“定身”。最近，记者从中科院上海光学精密机械研究所获悉，该所量子光学重点实验室一研究小组实现了我国第一个原子芯片上的玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC），与浙江大学光学所合作成功研制出国内第一块静磁阱原子芯片和高频势阱芯片，为量子信息存储、量子信息“复印”和量子路由器研究打下了基础。

80多年前，科学巨匠爱因斯坦曾预言：在极低的温度下，原本杂乱无章的原子会突然在最低的能量状态凝聚，其统一的运动犹如“一群原子在齐声歌唱”。这就是物理学界著名的“玻色－爱因斯坦凝聚”。在这种特异状态下，原子的速度几乎等于零，从而为实验物理学家提供了一个独一无二的新介质。同时，它还是打开量子信息时代大门的一块重要“敲门砖”。

为了得到玻色-爱因斯坦凝聚体，科学家们千方百计让原子交出热能，因为温度越高，原子就越躁动不安。以前，科学家不得不使用大型的磁场线圈来“逼迫”原子就范，“仅磁场线圈就有半个柜式空调机大小，整套仪器加在一起，能占据半个房间。”领衔该项目的中科院院士王育竹告诉记者，半导体技术的出现为“定身”原子带来了更简单价廉的方法。

在一块大拇指指甲盖大小的芯片上，科技人员用激光在表面的镀金层上，刻出一道Z型和U型的细线。这道环起的细线就成了原子难以逃脱的“囚室”：细线通电后，会在表面产生极强的磁场，使进入的原子悬空于其中，无法逃脱。同时，它还能通过一种“不平等交换”，让原子在不知不觉中失去原有的热能，直至冷却到进入玻色-爱因斯坦凝聚态。

这次，利用这一方法，科学家观测到了上千个铷原子在5秒内，在光刻线圈中进入“齐声歌唱”的状态，使超冷原子气体的温度冷却到0.0000003K（0℃为273.15K）。“国际上已有多个国家拥有了芯片BEC，但在亚洲，我们是继日本之后第二个实现芯片BEC的国家。”王育竹介绍说，原子芯片提高了冷原子装置的稳定性、可靠性和便携性，也为实现量子信息存储前进了重要一步。“就像现在我们用电信号把数据写入硬盘一样。”

更可贵的是，该小组的4位年轻科学家在王育竹院士的带领下，通过5年努力，建立了我国第一套集光、机、电于一体的原子芯片实验装置。