新型Atomtronic器件将探索量子与日常世界之间的怪异边界

过冷原子云提供了高度灵敏的旋转传感器和量子力学测试。

一种依靠超冷原子流动云的新设备有望对量子世界的怪异性与我们每天经历的宏观世界的熟悉性之间的相交进行潜在的测试。原子电子超导量子干扰设备（SQUID）也可能用于超灵敏旋转测量并作为量子计算机的组件。

洛斯阿拉莫斯国家实验室材料物理和应用量子小组的物理学家Changhyun Ryu说：“在传统的SQUID中，电子电流中的量子干扰可用于制造最敏感的磁场检测器之一。”“我们使用中性原子而不是带电的电子。SQUID的原子电子版本不响应磁场，而是对机械旋转敏感。”

原子电子SQUID的示意图显示了分离原子云的半圆形陷阱，当设备旋转时，量子云会机械地干涉。

原子电子SQUID虽然很小，仅约十分之一米，但它比通常受量子力学定律支配的分子和原子大数千倍。相对较大的设备规模使其可以测试宏观现实主义的理论，这可以帮助解释我们所熟悉的世界如何与在很小的尺度上统治宇宙的量子怪异相兼容。在更实际的水平上，atomtronic SQUIDs可以提供高度灵敏的旋转传感器或作为量子计算机的一部分执行计算。

研究人员通过在激光束中捕获冷原子来制造这种设备。第二个激光与薄片“画出”的图案相交，将原子引导到两个由小缝隙隔开的半圆中，这些缝隙称为约瑟夫森结（Josephson Junctions）。

当SQUID旋转并且约瑟夫森结向彼此移动时，由于通过约瑟夫森结的电流的量子机械干涉，半圆中的原子总数发生了变化。通过计算半圆的每个部分中的原子，研究人员可以非常精确地确定系统的旋转速度。

作为第一个原子电子SQUID原型，该设备还有很长的路要走，才能带来新的制导系统或对量子世界与经典世界之间联系的深刻见解。研究人员期望扩大该设备以生产更大直径的atomtronic SQUID，可以为实际应用和新的量子力学见解打开大门。

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参考：C. Ryu，E.C。Samson和M.G. Boshier撰写的“原子电子SQUID中电流的量子干扰”，2020年7月3日，Nature Communications.DOI：
10.1038 / s41467-020-17185-6

洛斯阿拉莫斯国家实验室的实验室指导研究与开发计划提供了资金。