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記者27日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)鄒長(zhǎng)鈴課題組將獨(dú)立設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)芯片與光柵芯片結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了基于雙芯片的冷原子磁光阱系統(tǒng)。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用物理評(píng)論》上。

磁光阱作為對(duì)原子蒸氣進(jìn)行冷卻和俘獲的基本手段之一，在現(xiàn)代原子物理領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。通過磁光阱獲得的冷原子系綜是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)相干時(shí)間量子比特，以及基于此的量子精密測(cè)量、量子模擬、量子計(jì)算等應(yīng)用的必要基礎(chǔ)。然而傳統(tǒng)磁光阱系統(tǒng)在進(jìn)一步的可擴(kuò)展應(yīng)用上受到諸如多路自由空間光束對(duì)準(zhǔn)、龐大的反亥姆霍茲線圈以及磁場(chǎng)和光場(chǎng)中心的嚴(yán)格重合等挑戰(zhàn)。因此，如何實(shí)現(xiàn)小型化乃至芯片化的磁光阱系統(tǒng)吸引了國際上研究人員的廣泛興趣。

目前，對(duì)于磁光阱的另一重要組成部分——磁場(chǎng)線圈，仍然只能采用三維的線圈對(duì)來實(shí)現(xiàn)。如果磁場(chǎng)線圈的尺寸較大，則需要更粗的導(dǎo)線和更強(qiáng)的電流來實(shí)現(xiàn)所學(xué)的磁場(chǎng)梯度，功耗大，發(fā)熱嚴(yán)重。如果將線圈的尺寸減小，則線圈可能會(huì)嚴(yán)重阻礙光路，減小可供使用光學(xué)窗口大小。為解決這一問題，研究人員提出了一種全新的平面化磁場(chǎng)線圈構(gòu)型，僅需一塊3厘米×3厘米的芯片即可產(chǎn)生磁光阱所需的四極磁場(chǎng)。研究人員自主設(shè)計(jì)和加工了相互匹配的磁場(chǎng)芯片與光柵芯片，證明了這個(gè)新穎構(gòu)型的實(shí)用性。

這兩種芯片尺寸小，重量輕，功耗低，騰出了更多的光學(xué)窗口。他們的使用也非常方便，可以將兩塊芯片疊在一起，僅需用透明膠固定在真空的玻璃窗口外面，通過單束激光入射即可俘獲冷原子。其中，磁場(chǎng)芯片只需6.4W即可驅(qū)動(dòng)，有望用便攜蓄電池供電，推動(dòng)了小型磁光阱系統(tǒng)的進(jìn)一步集成。