中国科学家研发超冷原子芯片“令人印象深刻”

诺贝尔物理学奖获得者、美国麻省理工学院教授沃尔夫冈·凯特勒16日说,中国科学家最近研发成功的超冷原子芯片“令人印象深刻”.中国科学院院士王育竹领导的研究小组,在一块指甲盖大的芯片上实现了玻色―爱因斯坦凝聚体.此前,只有极少数发达国家的实验室取得了类似成果.

著名实验物理学家凯特勒在玻色―爱因斯坦凝聚研究领域做出了奠基性的贡献.他在回复新华社记者的电子邮件中说:“中国科研人员正迅速追赶这一领域的前沿水平,我期待他们未来做出更重要的成果.”

　　中国科学院上海光学精密机械研究所科研人员最近在一块硅基芯片上,集成了磁场系统和光学系统,利用电流产生的强烈磁场约束铷原子气体,并用激光冷却和蒸发冷却技术把铷原子“冷冻”到非常接近绝对零度(摄氏零下273．15度),3000多个原子以最低能量状态聚集了5秒钟,并以同一种频率运动,成功实现了玻色―爱因斯坦凝聚.

　　王育竹院士在接受新华社记者电话采访时说:“原子芯片上的玻色―爱因斯坦凝聚体将能用于量子信息储存,包括量子通讯和量子计算机.全世界科学家正在探索原子芯片玻色―爱因斯坦凝聚体的应用.”

　　玻色―爱因斯坦凝聚体是一种有别于传统气体的全新物质状态.1924年,印度物理学家玻色提出有关光粒子统计的一项重要理论,把结果寄给了爱因斯坦.爱因斯坦把这一理论扩展到特定原子的统计,并预测,假如这类原子气体被冷却到极低温时,所有原子都将突然以最低能量状态聚集在一起且以同一频率运动.这种假定的物质状态,被称为玻色―爱因斯坦凝聚.

　　全球物理学家花了70多年来证明爱因斯坦预测的正确.1995年6月,美国物理学家埃里克·康奈尔和卡尔·魏曼首次制造了2000个铷原子的玻色―爱因斯坦凝聚.4个月后,德国人凯特勒在麻省理工学院实验室得到的钠原子玻色―爱因斯坦凝聚中,原子数目是先前实验的几百倍.除了证明凝聚体中所有原子具有同一波长,凯特勒后来还从凝聚体中获得了第一束原子激光.三位科学家因其开创性的工作,共享了2001年诺贝尔物理学奖.

　　当代半导体技术的飞速发展,给约束原子带来了简便价廉的新途径.美国、法国、德国、日本等国科学家都已开发出可以实现玻色―爱因斯坦凝聚的超冷原子芯片.

　　2002年,王育竹科研团队在中国首次实现了铷原子的玻色―爱因斯坦凝聚.他们现已能够使用激光在硅基芯片表面的镀金层上,刻出100微米宽的Ｚ型和Ｕ型细线.细线通电后产生极强的磁场,使进入其中的原子悬浮并无法逃脱.他们同时使用冷却技术,在芯片上达到了玻色―爱因斯坦凝聚.

　　凯特勒说:“超冷原子芯片的重要意义在于使玻色―爱因斯坦凝聚实验设备小型化.如果这些原子芯片制备简便并稳定可靠,将会激发新的重大应用.”

　　凯特勒认为,玻色―爱因斯坦凝聚体形成的原子激光,将对纳米技术、刻痕极微小的超级集成电路、精密测量等,产生不可估量的影响.全球一批顶尖实验室正在该领域展开激烈竞争.