迈向便携式量子设备,英国科学家研发新型冷原子源

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IT老大 6 月 23 日信息 据美国媒体《每日科学（Science Daily）》报导，前不久，英国牛津大学和格拉斯哥大学的科学研究工作人员设计方案出了一种新冷原子源设备，可用以携带式量子技术设备，并发布在电子光学行业权威性杂志期刊《光学快报（Optics Express）》上。

这类新金字塔形冷原子源设备只必须 4 个反射镜就可以将激光器从每个方位照射真空泵中的原子上，并产生与众不同可调整光圈，可调整通量，完成提升设备测量精度等特性。

该毕业论文题目为《高通量、可调式、紧密的冷原子源（High-flux, adjustable, compact cold-atom source）》，于 6 月 5 日发布在《光学快报》上。

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一、激光器冷原子设备，提升量子技术精准度

根据激光器制冷原子的量子技术应用早已推动了我国方面上用以记时的原子钟发展趋势。精准数字时钟在电子通信和网站导航（如 GPS）的同歩中有很多运用，紧凑原子钟能够更普遍地布署在包含外太空以内等多种多样自然环境中，能为网络通信给予延展性，确保即便 互联网终断，当地数字时钟还可以保证 精确记时。

虽然这看上去有悖常情，但激光器能够根据增加使原子降速的力，来将原子制冷到非常低的溫度。

现阶段许多生物学家都是在开发设计紧凑激光器冷原子设备。这类设备除开运用于记时以外，还能够用以作用力精确测量、惯性导航和通讯的华耀试验中，及其能够用于开展广义相对论、暗能量、引力波等物理学科学研究。

这类冷原子设备的重要部件是冷原子源，它造成一束激光器制冷原子，定项到精准测量的地区。这容许与此同时存有用以精确测量的低消耗和环境压力和巨大原子群，与一室户冷原子系统软件产生迥然不同。一室户冷原子系统软件立即在精确测量部位造成原子，因而必须在精确测量的底压和迅速原子转化成的髙压中间开展衡量。

二、可调整光圈，管控灵便、拼装简单化

激光器制冷原子一般必须繁杂的反射镜排序，才可以将光从每个方位照射真空泵中的原子上。在此项新科学研究中，科学研究工作人员造就了一个彻底不一样的设计方案，在根据黄金塔形磁光井（Magneto-optical trap，MOT）的高通量紧凑冷原子源中只应用了四个反射镜，这个冷原子源含有与众不同可调整光圈，特别适合携带式量子技术设备。

四个同样的反射镜坐落于环形“转动器”板上的直型凹形槽中：凹形槽将每一个反射镜限定在单独方位上滚动。转动板坐落于环形“基座”板上，具备相近但弯折的扩展槽。每一个反射镜都是有一个根据转动器和底版的扩展槽地脚螺栓，能够扭紧以固定不动反射镜。因而，这种板相对性于彼此之间的转动造成 反射镜的同歩健身运动。这完成了可调节光圈尺寸（界定为正方形光圈的一侧长短），与此同时维持反射镜的恰当视角并防止触碰或刮擦。

简易而言，便是冷原子源的四个反射镜像金字塔一样排序，并以一种让他们可以像花朵一样互相滑过的方法在金字塔顶端产生一个洞，冷原子根据该洞被发布。能够调节该孔的尺寸以提升出用以各种各样运用的冷原子流。

金字塔排序的浴室镜子反射面来源于单独出射激光的光，该激光根据单独视口进到真空系统，进而大大简化了电子光学元器件。这种坐落于冷原子源真空泵地区内的反射镜是根据打磨抛光金属材料并增加电极化镀层做成的。

科学研究责任人克里斯托弗・富特（Christopher Foot）说：“这类设计方案的可调节性是一个全新升级的作用，用四个同样的打磨抛光金属材料块建立金字塔简单化了拼装，不用调整管理机制就可以应用。”

三、冷原子源高通量輸出，完成更强精确测量

为了更好地检测她们新的冷原子源设计方案，科学研究工作人员修建了试验室设备，以充足叙述根据后视镜金字塔端点这一光圈发送的原子通量状况。

“大家得到了出现异常高的铷原子通量。”富特表明，大部分冷原子设备开展的精确测量会伴随着应用的原子总数而明显改善，因而能够应用具备高些通量的源来提升测量精度、提升频率稳定度或协助完成更高的精确测量网络带宽。即便 以 50% 的抗压强度运作，这个冷原子源在原子通量层面，依然比现有参考文献中别的可用以携带式设备的冷原子源特性更强。

可调式光圈特点使科学研究工作人员可以观查到通量对光圈尺寸的明显依赖感，最好光圈尺寸约为 1.4±0.2 mm。更高的光圈规格会使冷原子源更牢固，因而，很大的光圈规格好像更合适在机械设备地应力或电磁场转变 中应用的携带式设备，比如完成在地球磁场中重新定位或再次定项。除此之外，这类冷原子源设计方案或是可拓展的，一个更高的金字塔冷原子源预估将造成高些的通量。

科学研究工作人员表明，这个新的冷原子源设备合适商业服务运用，因为它具备小量部件和非常简单的拼装流程，因而生产制造起來将非常容易。

总结：携带式量子科技设备可以用

除开精确测量特性上的优点，这个冷原子源设备的功耗低和小规格特点针对携带式量子科技设备而言，也是危害其挑选的关键要素。

而且，这个冷原子设备或是能够拓展的，对于不一样的携带式量子科技设备还可以完成相对应的调节。这针对扩张携带式量子科技设备的应用有一定的协助。