我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)原子芯片上的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體

80多年前，科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦曾預(yù)言：在極低的溫度下，原本雜亂無(wú)章的原子會(huì)突然在最低的能量狀態(tài)凝聚，其統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)猶如“一群原子在齊聲歌唱”。這就是物理學(xué)界著名的“玻色－愛(ài)因斯坦凝聚”。在這種特異狀態(tài)下，原子的速度幾乎等于零，從而為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家提供了一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的新介質(zhì)。同時(shí)，它還是打開(kāi)量子信息時(shí)代大門的一塊重要“敲門磚”。

為了得到玻色-愛(ài)因斯坦凝聚體，科學(xué)家們千方百計(jì)讓原子交出熱能，因?yàn)闇囟仍礁?，原子就越躁?dòng)不安。以前，科學(xué)家不得不使用大型的磁場(chǎng)線圈來(lái)“逼迫”原子就范，“僅磁場(chǎng)線圈就有半個(gè)柜式空調(diào)機(jī)大小，整套儀器加在一起，能占據(jù)半個(gè)房間?！鳖I(lǐng)銜該項(xiàng)目的中科院院士王育竹告訴記者，半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)為“定身”原子帶來(lái)了更簡(jiǎn)單價(jià)廉的方法。

在一塊大拇指指甲蓋大小的芯片上，科技人員用激光在表面的鍍金層上，刻出一道Z型和U型的細(xì)線。這道環(huán)起的細(xì)線就成了原子難以逃脫的“囚室”：細(xì)線通電后，會(huì)在表面產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)，使進(jìn)入的原子懸空于其中，無(wú)法逃脫。同時(shí)，它還能通過(guò)一種“不平等交換”，讓原子在不知不覺(jué)中失去原有的熱能，直至冷卻到進(jìn)入玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)。

這次，利用這一方法，科學(xué)家觀測(cè)到了上千個(gè)銣原子在5秒內(nèi)，在光刻線圈中進(jìn)入“齊聲歌唱”的狀態(tài)，使超冷原子氣體的溫度冷卻到0.0000003K（0℃為273.15K）?！皣?guó)際上已有多個(gè)國(guó)家擁有了芯片BEC，但在亞洲，我們是繼日本之后第二個(gè)實(shí)現(xiàn)芯片BEC的國(guó)家?！蓖跤窠榻B說(shuō)，原子芯片提高了冷原子裝置的穩(wěn)定性、可靠性和便攜性，也為實(shí)現(xiàn)量子信息存儲(chǔ)前進(jìn)了重要一步?！熬拖瘳F(xiàn)在我們用電信號(hào)把數(shù)據(jù)寫入硬盤一樣。”

更可貴的是，該小組的4位年輕科學(xué)家在王育竹院士的帶領(lǐng)下，通過(guò)5年努力，建立了我國(guó)第一套集光、機(jī)、電于一體的原子芯片實(shí)驗(yàn)裝置。