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06-18
中国科学技术大学中国科学技术大学郭光灿院士团队与中科院合作陆正田教授在基于芯片的冷原子系统方面取得新进展。
该团队邹长岭课题组将自主设计的磁场芯片与光栅芯片相结合，实现了双芯片冷原子磁光阱系统。
相关成果于3月10日以“Planar-integrated Magneto-optical trap”为题在线发表在国际学术期刊《Physical Review Applied》上。
磁光陷阱作为冷却和捕获原子蒸气的基本手段之一，在现代原子物理领域有着广泛的应用。
通过磁光陷阱获得的冷原子系综是实现长相干时间量子比特以及基于此的量子精密测量、量子模拟、量子计算等应用的必要基础。
然而，传统的磁光陷阱系统在进一步扩展的应用中受到一些限制，例如多通道自由空间光束对准、巨大的反亥姆霍兹线圈以及磁场和光场中心严格重合的挑战。
因此，如何实现小型化甚至基于芯片的磁光陷阱系统引起了世界各国研究人员的广泛兴趣。
其中，基于光栅芯片的磁光陷阱大大简化了传统磁光陷阱中六束空间光束的入射系统。
它体积小、重量轻、光学窗口丰富、可扩展性强。
它广泛应用于移动量子精密测量系统和集成量子计算系统中具有巨大潜力。
然而，对于磁光陷阱的另一个重要组成部分——磁场线圈，我们仍然只能使用三维线圈对来实现。
如果磁场线圈的尺寸较大，则需要更粗的导线和更强的电流来实现学习的磁场梯度，从而导致功耗高且发热严重。
如果减小线圈的尺寸，则线圈可能会严重阻碍光路，从而减小可用光学窗口的尺寸。
为了解决这一问题，邹长岭课题组与陆正田教授合作，提出了一种新型平面磁场线圈构型，只需一块3cm×3cm的芯片即可产生磁光陷阱所需的四极磁场。
他们依托中国科学技术大学微纳加工中心，自主设计加工了匹配的磁场芯片和光栅芯片，并在此基础上成功捕获了1万多个低温87Rb原子，证明了这种新颖配置的实用性。
这两款芯片体积小、重量轻、功耗低，可以释放更多的光学窗口。
它们使用起来也非常方便。
两片芯片可以堆叠在一起，只需要用透明胶固定在真空玻璃窗外即可。
冷原子可以被单个激光束捕获。
其中，磁场芯片的驱动功率仅为6.4W，有望由便携式电池供电，推动小型磁光陷阱系统的进一步集成。
此外，本工作进一步探讨了新配置下磁光陷阱的性能与各种参数之间的关系。
实验观察到，随着磁场电流的增加，局部最优光场失谐也近似线性增加。
研究团队从原子的能级配置出发，提出这可能是由于磁场尺寸减小造成的，并通过实验验证了磁光陷阱的这一新的控制特征，该特征在传统的控制方法中很容易实现。
三维大线圈配置。
被忽略。
这项工作通过实验观察了这一重要的物理现象，并为磁光陷阱的行为提供了新的理解。
审稿人对这项工作给予了高度评价：“我认为这项工作将引起AMO领域的关注，光栅MOT和微MOT技术正在变得令人感兴趣，并且这项工作具有真正的影响力，”（我认为这项工作将是AMO 社区对此很感兴趣，光栅 MOT 和微型 MOT 技术正在变得令人感兴趣，而且，它将产生真正的影响，并且与具体应用有很强的联系。
）”“这项工作有足够的新见解（足够的‘新见解’。
’)”。
中科院量子信息重点实验室研究生陈亮为该论文的第一作者，邹长岭教授为该论文的通讯作者。
该工作得到了中科院量子信息重点实验室的资助。
国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、市场监管国家重点实验室开放课题（时频与重力测量基准）。
该工作的相关成果已获得专利并授权，专利号为ZL 1.2。
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