摘要：研究人员正在努力将冷原子量子实验和应用从实验室桌面转移到基于芯片的系统。...

加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员正在努力将冷原子量子实验和应用从实验室桌面转移到基于芯片的系统，为感测，精确计时，量子计算和基本科学测量开辟了新的可能性。

电气和计算机工程教授Daniel Blumenthal说：“我们在临界点。”

在邀请的文章中，该文章也被选为封面Optica量子Blumenthal以及研究生研究员Andrei Isichenko和博士后研究员Nitesh Chauhan提出了诱捕和冷却这些实验基本原子的最新进展和未来方向，这将使它们带到适合您手掌的设备。

冷原子是已冷却至非常低的温度，低于1 mk的原子，将其运动降低到量子效应出现的非常低的能量状态。这使它们对一些最微弱的电磁信号和基本粒子以及理想的计时，导航设备和用于计算的量子“ Qubits”敏感。

为了利用这些特性，许多研究人员目前正在使用高度敏感的实验室原子光学系统来限制，陷阱和冷却原子。通常，这些系统使用自由空间激光器和光学元件，生成由镜头，镜子和调节器指导，指示和操纵的光束。这些光学系统与真空中的磁线圈和原子结合使用，使用无处不在的3维磁磁陷阱（3D-mot）创建冷原子。研究人员面临的挑战是如何将激光器和光学功能复制到一个可以在实验室高度控制环境之外部署的小型耐用设备，以用于引力感应，精确定时和计量，以及量子计算

Optica量子评论文章涵盖了通过紧凑光学和集成光子学的应用微型化复杂原子实验的领域的最新和快速进步。作者参考了各种子场的光子学成就，从电信到传感器，并将技术开发映射到冷原子科学。

Isichenko说：“有很多非常出色的工作将光束交付的小型化，但是它已经用仍被视为自由空间光学器件的组件 - 较小的镜子或较小的光栅 - 但您仍然无法将多个功能集成到芯片上。”

输入研究人员的光子集成3D-MOT，这是一种在实验中广泛用于光束光束以使激光冷却原子的设备的微型版本。它嵌入了低损坏的氮化硅波导积分平台中，它是光子系统的一部分，该光子系统生成，路由，扩展，扩展和操纵捕获原子所需的所有光束。评论文章重点介绍了加州大学圣塔芭芭拉（UC Santa Barbara）团队作为该领域的主要里程碑所展示的光子综合3D-MOT或“ PICMOT”。

Isichenko补充说：“使用光子学，我们可以在芯片上制作激光器，芯片上的调节器和现在的大区块发射器，这是我们用来亮起芯片的光线。”

特别值得关注的是原子细胞，一个真空室，原子被捕获和冷却。研究人员完成的一项壮举是，通过波导到三个光栅发射器的光纤中，将输入光伸入光纤，该光纤少于头发的宽度，这些光纤会产生三个准确的自由空间相交梁3.5 mm宽。每个光束都会反射自身，总共六个相交的梁从细胞内的蒸气中捕获一百万个原子，并与磁场结合使用，将原子冷却至仅为250英国的温度。 Blumenthal指出，横梁越大，可以将越多的原子捕获到云中并受到询问，并且仪器可以越精确。

Blumenthal说：“我们首次创建了具有集成光子学的冷原子。”

研究人员创新的含义是深远的。通过计划改进耐用性和功能，未来的芯片尺度MOT设计可以利用光子组件的菜单，包括最新的芯片尺度激光器结果。这可以用来优化技术，以通过感知地球上和周围的重力梯度来测量火山活动对海平面上升和冰川运动的影响的多样化。

3D-MOT的整合可以为量子科学家和时间守护者提供新的方法，将当今的地球仪器发送到太空并进行新的基本科学，并实现地球上不可能的测量。此外，设备可以通过减少建立和微调光学设置花费的时间和精力来推动研究项目。他们还可以为未来物理学家的可访问量子研究项目打开大门。