2020/7/29 英国・バーミンガム大学
・ バーミンガム大学が率いる UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing と中国・SUSTech から成る国際研究チームが、ドイツ・パーターボルン大学と共同で、量子センシングシステムのデバイスを大幅に小型化する技術を開発。
・ 地盤調査や火山観測まで様々に産業利用されているセンシングデバイスについて、原子冷却をベースとする量子技術によるセンシング感度の向上が試みられている。
・ センシングデバイスに利用されている現在の量子技術は、レーザービームを精密に制御して極低温度にて真空チャンバ内の原子を扱うもの。動いている原子にレーザーが光子を照射し、その運動量を低下させることで原子を冷却する。角度を付けた 3 対のレーザービームの配置に要するスペースの低減が、デバイス小型化の主要な課題となっている。
・ 今回、オプティカル・メタサーフェスと呼ばれる、光を制御する構造のデバイスを採用し、このようなスペースを低減。 直径 0.5mm のオプティカルチップを作製し、約 30cm の次世代センシングデバイスのプラットフォームを製造した。
・ メタサーフェスを持つオプティカルチップでは、1 本のビームを原子の過冷却に使える均一な 5 本のビームに分離させるような設計が可能。このような単一のチップで、現在の冷却システムを構成する複雑なオプティカルデバイスを代替する。
・ メタサーフェス・フォトニックデバイスは、過去数年間にわたり新たな研究活動を引き起こしているが、冷却原子による量子デバイスでそのポテンシャルを今回初めて実証した。
・ 今後は、同プラットフォームのサイズと性能の最適化を図り、各アプリケーションでのセンサー感度の最大化を目指す。
・ UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing は 、UK National Quantum Technologies
Programme 枠内の 4 つの Hub のうちの一つ。他に、UK Quantum Technology Hub in Quantum
Enhanced Imaging（グラスゴー大学）、Quantum Computing & Simulation Hub（オクスフォード大学）およ
び Quantum Communications Hub(ヨーク大学）がある。
URL: https://www.birmingham.ac.uk/news/latest/2020/07/Scientists_make_quantum_technology_s
maller.aspx
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
Science Advances 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
A dielectric metasurface optical chip for the generation of cold atoms
URL: https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eabb6667
Abstract
Compact and robust cold atom sources are increasingly important for quantum research, especially for transferring cutting-edge quantum science into practical applications. In this study, we report on a novel scheme that uses a metasurface optical chip to replace the conventional bulky optical elements used to produce a cold atomic ensemble with a single incident laser beam, which is split by the metasurface into multiple beams of the desired polarization states. Atom numbers ~107 and temperatures (about 35 μK) of relevance to quantum sensing are achieved in a compact and robust fashion. Our work highlights the substantial progress toward fully integrated cold atom quantum devices by exploiting metasurface optical chips, which may have great potential in quantum sensing, quantum computing, and other areas.
