量子技術をさらに小型に (Scientists make quantum technology smaller)

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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

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