チップ上の冷却原子技術(Cold atoms on a chip)

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2025-03-04 カリフォルニア大学サンタバーバラ校 (UCSB)

カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)の研究者たちは、冷却原子の量子実験や応用を、従来の大型実験装置からチップベースのシステムへと移行させる取り組みを進めています。冷却原子とは、極低温(1ミリケルビン以下)に冷却され、運動エネルギーが極めて低い状態の原子のことを指します。この状態では量子効果が顕著になり、微弱な電磁信号や基本的な粒子に対して高い感度を示すため、精密な時間計測、ナビゲーション、量子コンピューティングなどの分野で理想的な要素となります。
従来、これらの実験は大型の実験装置を用いて行われてきましたが、研究チームはこれらの機能を小型で耐久性のあるチップ上に再現することを目指しています。この進展により、重力測定、精密な時間計測、量子コンピューティングなどの分野で新たな可能性が開かれると期待されています。

<関連情報>

量子科学と応用のためのフォトニック集積3D光磁気トラップの実現 Enabling photonic integrated 3D magneto-optical traps for quantum sciences and applications

Daniel J. Blumenthal, Andrei Isichenko, and Nitesh Chauhan
Optica Quantum  Published: December 6, 2024
DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICAQ.532260

チップ上の冷却原子技術(Cold atoms on a chip)

Abstract

Cold atoms play an important role in fundamental physics, precision timekeeping, quantum and gravitational sensing, precision metrology, and quantum computing. The three-dimensional magneto-optical trap (3D-MOT) is a fundamental tool used to create large populations of cold atoms and serves as an integral component for a wide range of quantum and atomic experiments. The 3D-MOT employs laboratory-scale laser systems to trap, cool, manipulate, and interrogate atoms and quantum states. Photonic integration has reached a point where it is possible to generate, control, and deliver light to atomic transitions and provides a path to integrated 3D-MOTs. We review progress and discuss potential paths toward integration of 3D-MOT lasers and optics with focus on the ultra-low loss silicon nitride photonic integration platform. We review 3D-MOT technology, building blocks and components, and discuss characteristics of the lasers, optics, and atomic physics package. We discuss how the silicon nitride platform can be used to perform MOT functions including cooling, trapping, and spectroscopy. An illustrative example of a rubidium photonic integrated MOT (PICMOT) is used to describe possible paths forward to integration. We also discuss how photonic integration can support lower temperatures and atom trapping and manipulation in integrated cold-atom platforms for quantum sensing and computing.

1700応用理学一般
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