Chociaż technologia kwantowa dowiodła swojej wartości w precyzyjnym pomiarze czasu, praktyczne zastosowanie tych technologii w różnych środowiskach pozostaje poważnym wyzwaniem. W ramach ważnego kroku w kierunku przenośnych urządzeń kwantowych naukowcy opracowali nowe, wysokostrumieniowe, kompaktowe źródło zimnego atomu o niskim zużyciu energii, które może być kluczowym elementem wielu technologii kwantowych.
„Wykorzystanie technologii kwantowych opartych na atomach chłodzonych laserem już doprowadziło do opracowania zegarów atomowych, które są wykorzystywane do pomiaru czasu na skalę krajową” – powiedział główny badacz Christopher Foote z Uniwersytetu Oksfordzkiego w Wielkiej Brytanii. W synchronizacji systemów komunikacji elektronicznej i nawigacji, takich jak Global Positioning System (GPS). Zintegrowane zegary atomowe, które można stosować na szerszą skalę, w tym w kosmosie, zapewniają elastyczność sieci komunikacyjnych, ponieważ zegary lokalne mogą utrzymywać dokładny czas nawet w przypadku awarii sieci. „
W czasopiśmie Towarzystwa Optycznego (OSA) Optix Express, S. Ravenhall, B. Yuen i Foot opisują prace przeprowadzone w Oksfordzie w Wielkiej Brytanii w celu zademonstrowania całkowicie nowego projektu źródła zimnych atomów. Nowa maszyna nadaje się do szerokiej gamy technologii kukurydzy na zimno.
„W tym projekcie wykorzystaliśmy projekt, który wykonaliśmy do celów badawczych, i przekształciliśmy go w kompaktowe urządzenie” — powiedział Foote. „Oprócz zastosowań związanych z pomiarem czasu, kompaktowe urządzenia z zimnymi atomami mogą być również wykorzystywane do mapowania grawitacyjnego, nawigacji inercyjnej, komunikacji i badania zjawisk fizycznych w zastosowaniach badawczych, takich jak ciemna materia i fale grawitacyjne”.
Chłodzenie atomów światłem
Choć może się to wydawać nielogiczne, światło lasera może być wykorzystywane do chłodzenia atomów do ekstremalnie niskich temperatur poprzez wywieranie siły, która spowalnia atomy. Proces ten może być wykorzystany do stworzenia źródła zimnych atomów, które generuje wiązkę schłodzonych laserowo atomów skierowaną na obszar, w którym wykonywane są dokładne pomiary dostrajania czasowego lub wykrywane są na przykład fale grawitacyjne.
Chłodzenie laserowe zazwyczaj wymaga złożonego układu luster, aby skierować światło na atomy w próżni ze wszystkich kierunków. W nowej pracy naukowcy stworzyli zupełnie inny projekt, który wykorzystuje tylko cztery lustra. Te lustra są ułożone w kształcie piramidy i ustawione w sposób, który pozwala im przesuwać się między sobą jak płatki kwiatu, tworząc na szczycie piramidy otwór, przez który wypychane są zimne atomy. Wielkość tej szczeliny można regulować, aby zoptymalizować przepływ zimnych atomów dla różnych zastosowań. Hierarchiczny układ odbija światło z pojedynczej wiązki laserowej wchodzącej do komory wyładowczej przez jeden wziernik, co znacznie upraszcza optykę.
Zwierciadła, znajdujące się w obszarze próżni źródła zimnego atomu, zostały utworzone przez polerowanie metalu i nałożenie powłoki dielektrycznej. „Możliwość adaptacji tego projektu to całkowicie nowa funkcja” — powiedział Foote. „Stworzenie piramidy z czterech identycznych, polerowanych metalowych bloków upraszcza montaż i może być używane bez mechanizmu regulacyjnego”.
Lepsze pomiary z większą liczbą atomów
Aby przetestować projekt nowego źródła zimnych atomów, naukowcy zbudowali sprzęt laboratoryjny, aby w pełni scharakteryzować przepływ atomów emitowanych z otworu na szczycie piramidy.
„Wykazaliśmy wyjątkowo wysoki strumień atomów rubidu” – powiedział Foote. „Większość urządzeń z zimnymi atomami wykonuje pomiary, które poprawiają się wraz z liczbą użytych atomów. Źródła o wyższym strumieniu mogą zatem być wykorzystywane do poprawy dokładności pomiaru, zwiększenia stosunku sygnału do szumu lub uzyskania większej szerokości pasma pomiarowego”.
Naukowcy twierdzą, że nowe źródło nadaje się do zastosowań komercyjnych. Ponieważ ma niewielką liczbę komponentów i kilka etapów montażu, przyspieszenie produkcji w celu wyprodukowania wielu kopii jest łatwe.
Źródło historii:
Materiał Wstęp do Towarzystwo Optyczne. Uwaga: Treść można modyfikować zgodnie ze stylem i długością.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
