用于超快速原子电子学的高超声速物质波

Atomtronics以电子操纵电子的方式操纵原子。它承载着高度紧凑的量子器件，可以测量极小的力或微小的旋转。有一天，这些设备可能会通过感知沙漠中的水位或寻找矿物和石油来监测地球的状况。它们还将用于导航，当GPS因飞机或船只因恶意攻击而失败时，或仅仅因为它不可用，例如在深海。他们有一天也可能充当便携式量子模拟器来解决复杂的计算任务。

相干原子探测器以物质波的形式操纵原子来自玻色 - 爱因斯坦凝聚物(一种物质状态，其中所有原子都失去了它们的个体身份并且成为一个单一的量子态，所有的原子同时在凝聚物中无处不在)。这些物质波中的原子表现得更像波而不是单个粒子。这些物质波可以被干扰并因此使其响应其环境中的微小变化，例如轻质有机物质和重质铁矿石之间的重力差异。与光相比，与构成光的光子相比，原子可以灵敏100亿倍，例如旋转或加速。这种灵敏度取决于测量时间，就像牛顿的苹果原子因地球引力而下降一样。这迫使最敏感的干涉仪非常高，达到10米，有时甚至达到100米。可能的解决方案是引导物质波导中的原子，就像光纤引导光一样。不幸的是，它们对加速度如此敏感的事实使得它们对物质波导中的任何缺陷都非常敏感。这就是为什么直到最近，还没有合适的波导原子。问题是因为物质波对光滑度非常敏感。

由Wolf von Klitzing领导的一个由克里特岛(希腊)组成的国际科学家小组通过演示原子波导中物质波的第一次相干加速和传输向小型，超灵敏的原子设备迈出了一步。IESL-FORTH科学家的突破是他们使用不同频率的磁场组合来产生所谓的时间平均绝热电位(TAAP)。为了证明这些物质波导非常光滑，他们构造了一个mm尺寸的加速器环对于中性物质波，就像用于带电粒子的千米大小的CERN加速器一样。物质波达到超音速超过16马赫(一马赫=声速)并引导物质波超过40厘米 - 与之前的记录相比提高了1000倍以上。

用于“真实世界”应用的现成量子技术的技术挑战仍然是巨大的。自然文件的TAAP波导向这个方向迈出了重要的一步。克里特岛物质波动团队将使用这种迷你CERN类加速器环来研究基本的物理问题，例如玻色爱因斯坦凝聚体和原子碰撞的超流体特性。在不久的将来，他们计划在环上构建一个mm尺寸的atomtronic陀螺仪和重力传感器。