Ενσωμάτωσαν κβαντικές τεχνολογίες σε μέγεθος μικροσκοπικών chips

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα (UCSB) έκαναν ένα σημαντικό βήμα στη σμίκρυνση των κβαντικών τεχνολογιών, καταφέρνοντας να μεταφέρουν πειράματα που ήταν εφικτά μόνο σε ογκώδη εργαστήρια σε μικροσκοπικά chips.

Τα πειράματα στον κβαντικό τομέα διεξάγονται παραδοσιακά σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, κοντά στο απόλυτο μηδέν, για να μειωθεί η κίνηση των ατόμων. Υπό αυτές τις συνθήκες, τα κβαντικά φαινόμενα μπορούν να παρατηρηθούν με σαφήνεια και να χειραγωγηθούν για να επιτευχθούν συγκεκριμένα αποτελέσματα.

Αξιοποιώντας τις κβαντικές ιδιότητες, οι ερευνητές έχουν καταφέρει να αναπτύξουν λειτουργίες όπως η ακριβής μέτρηση του χρόνου, ο σχεδιασμός ακριβών συσκευών πλοήγησης, ακόμη και η εκτέλεση υπολογισμών χρησιμοποιώντας άτομα ως μονάδα αποθήκευσης πληροφοριών, τα λεγόμενα qubits. Ωστόσο, μέχρι τώρα όλα αυτά μπορούσαν να γίνουν μόνο σε εργαστήρια με ογκώδη εξοπλισμό, περιορίζοντας σημαντικά τις πιθανές πρακτικές εφαρμογές.

Για να εργαστούν με σωματίδια στο κβαντικό πεδίο, οι ερευνητές χρειάζονται οπτικά συστήματα που μπορούν να ψύχουν, να περιορίζουν και να παγιδεύουν άτομα. Παραδοσιακά, αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας laser και οπτικά συστήματα κατασκευασμένα με φακούς, κάτοπτρα και διαμορφωτές, γνωστά ως τρισδιάστατες μαγνητο-οπτικές παγίδες (3D-MOT).

Η ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Daniel Blumenthal, καθηγητή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών στο UCSB, δημιούργησε μια συσκευή που ονομάζεται PICMOT (photonic integrated 3D magneto-optic trap), ικανή να εκπέμπει δέσμες φωτός για να ψύχει άτομα σε πολύ μικρή κλίμακα.

Χρησιμοποιώντας μια πλατφόρμα ενσωμάτωσης νιτριδίου του πυριτίου με χαμηλές απώλειες, οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν chip τελευταίας τεχνολογίας μεγάλης επιφάνειας, modulators και ακόμη και πομπούς δικτύου μεγάλης επιφάνειας.

Ένα άλλο αξιοσημείωτο αποτέλεσμα αυτής της έρευνας ήταν η δρομολόγηση του φωτός από ένα καλώδιο οπτικών ινών λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα. Χρησιμοποιώντας κυματοδηγούς, η ομάδα κατεύθυνε αυτό το φως προς τρεις εκπομπούς πλέγματος, δημιουργώντας τρεις διασταυρούμενες συγκλίνουσες δέσμες στον ελεύθερο χώρο. Στη συνέχεια, κάθε δέσμη ανακλάστηκε στον εαυτό της για να προκύψουν έξι διασταυρούμενες δέσμες, η καθεμία ικανή να παγιδεύσει ένα εκατομμύριο άτομα και να τα ψύξει σε θερμοκρασίες 250 μικροκέλβιν.

Οι πιθανές εφαρμογές των συστημάτων PICMOT περιλαμβάνουν την ευαίσθητη ανίχνευση των κινήσεων των παγετώνων ή της ηφαιστειακής δραστηριότητας λόγω των μεταβολών της στάθμης της θάλασσας, τη βελτίωση της ακρίβειας στη μέτρηση του χρόνου και τη διεξαγωγή μετρήσεων στο Διάστημα που θα ήταν αδύνατες στη Γη.

*Η κεντρική εικόνα αποτελεί δημιουργία του Imagen 3 για το Techgear.gr

[via]