原子电子学在很大程度上操纵原子，就像电子学操纵电子一样。它带来了高度小型量子器件的希望，可以测量非常小的力或微小旋转。这样的装置也许有一天会被用来监测地球的状态，通过探测沙漠中的水位或在寻找矿物和石油。它们也将被用于导航，当GPS在飞机或船只上由于恶意攻击或仅仅因为在深海无法使用而失效时。也许有一天，它们还能充当便携式量子模拟器，解决复杂的计算任务。
相干原子电子学以源于玻色-爱因斯坦凝聚体的物质波的形式操纵原子(一种物质状态，在这种状态中，所有原子都失去了它们各自的特性，同时在凝聚体中所有原子都处于同一位置，成为一个单一的量子态)。这些物质波中的原子表现得更像波，而不是单个粒子。这些物质波可以被引入干涉，从而对环境中最微小的变化做出反应，比如轻有机物质和重铁矿石之间的引力差异。
与光相比，原子对旋转或加速度的敏感度要高出100亿倍！比如与构成光的光子相比，这种灵敏度取决于测量时间，就像牛顿的苹果一样，由于地球引力，原子会下落。这迫使最灵敏的干涉仪必须非常高，达到10米，有时甚至达到100米。
可能的解决办法是在物质波波导中引导原子，就像光纤引导光一样。不幸的是，它们对加速度非常敏感，这使得它们对物质波波导中的任何缺陷都非常敏感。这就是为什么还没有适合原子的波导，原因是物质波对光滑度非常敏感。由沃尔夫·冯·克利钦(Wolf von Klitzing)领导的克里特岛(希腊)一个国际科学家团队向小型、超灵敏的原子电子设备迈出了一步，他们展示了原子波导中物质波的第一次相干加速和传输。
IESL-FORTH科学家们的突破在于，他们利用不同频率的磁场组合来产生所谓的时间平均绝热势(TAAP)。为了证明这些物质波波导是完美光滑的，他们为中性物质波构建了一个mm大小的加速器环，就像CERN为带电粒子建造的km大小级加速器一样。物质波达到了超过16马赫(1马赫=音速)的高超音速，并引导物质波超过40厘米，比之前的记录提高了1000倍以上。
为“真实世界”应用而准备的量子技术，所面临技术挑战仍然是巨大的。《自然》上发表的taap -波导在这方面迈出了重要一步。Cretan matterwaves团队将使用这个微型CERN型加速器环来研究基础物理问题，比如玻色爱因斯坦凝聚体的超流体性质和原子碰撞。在不久的将来，计划建造一个毫米大小的原子陀螺仪和基于该环的重力传感器。
博科园｜研究/来自：Cretan Matter Waves Group
参考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1273-5
发表于 2019-11-28 00:40
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