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    11月26日，由中科院上海光機所量子光學(xué)重點實驗室王育竹院士領(lǐng)導(dǎo)的“973”冷原子系綜量子信息存儲技術(shù)-原子芯片研究小組實現(xiàn)了我國第一個原子芯片上的玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC)。實現(xiàn)芯片BEC是“973”項目的主要指標，也是冷原子研究和量子信息存儲技術(shù)研究的重大標志性進展。國際上已有多個國家擁有了芯片BEC，但在亞洲，我國是第二個實現(xiàn)芯片BEC的國家。目前，國內(nèi)尚無實現(xiàn)芯片BEC的報道，本項研究結(jié)果為國內(nèi)首例。

 

    隨著科學(xué)技物理術(shù)的發(fā)展，超冷原子介質(zhì)在超高精度原子頻率標準、原子干涉儀、量子信息存儲和信息處理等方面獲得了重要的應(yīng)用。但是獲得超冷原子氣體和BEC凝聚體的實驗裝置過于復(fù)雜和龐大，而且價格十分昂貴，在一定程度上阻礙了向應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。因此，研制小型化的冷原子實驗裝置(即原子芯片實驗裝置)成為國際上冷原子應(yīng)用技術(shù)研究的重要發(fā)展方向。原子芯片是利用成熟的半導(dǎo)體制作工藝和MEMS技術(shù)，將磁場系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)集成到一塊硅基底芯片上。利用表面電流產(chǎn)生的近表面梯度磁場形成芯片原子磁阱，進而實現(xiàn)集成化的冷原子實驗裝置。芯片磁阱對原子的束縛非常緊，蒸發(fā)冷卻時可以快速實現(xiàn)BEC相變，原子芯片不僅提高了冷原子裝置的穩(wěn)定性、可靠性 和便攜性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)一些宏觀冷原子裝置所不能實現(xiàn)的功能。

 

    2003年在國家自然科學(xué)基金委和科技部的支持下成立了原子芯片組，承擔自然科學(xué)基金重點課題“超冷原子和BEC物理性質(zhì)研究”和“973”冷原子系綜量子信息存儲研究。該小組是由四位博士、碩士研究生組成的青年研究組，他們一切從零開始，建立了我國第一套集光、機、電為一體的原子芯片實驗裝置，包括超高真空系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、激光穩(wěn)頻系統(tǒng)、外磁場系統(tǒng)、高分辯超冷原子成像系統(tǒng)和計算機程序控制系統(tǒng)等等。提出和設(shè)計了具有創(chuàng)新學(xué)術(shù)思想的H型靜磁阱芯片和高頻勢阱芯片。他們與浙江大學(xué)物理系光學(xué)所合作，利用半導(dǎo)體微加工技術(shù)和我所的鍍膜技術(shù)，它們成功地研制出國內(nèi)第一塊靜磁阱原子芯片和高頻勢阱芯片。他們利用芯片曾進行了激光冷卻氣體原子、芯片表面蒸發(fā)冷卻氣體原子、磁光阱囚禁、原子波導(dǎo)和超冷原子團分裂等研究等，并在此基礎(chǔ)上開始了芯片BEC研究。實現(xiàn)BEC相變對實驗條件的要求極為苛刻，他們優(yōu)化了各個部件的設(shè)計和優(yōu)化了各個實驗環(huán)節(jié)，并利用高頻蒸發(fā)冷卻技術(shù)，使超冷原子氣體的溫度冷卻到300納K，實現(xiàn)了BEC相變，凝聚體的原子數(shù)為3000個，與國際同類實驗相同。給出了BEC相變的證據(jù)，即當凝聚體從磁阱中下落時，在自由膨脹的過程中凝聚體的縱橫比旋轉(zhuǎn)900，這是相變的判據(jù)。

 

    上海光機所量子光學(xué)實驗室繼實現(xiàn)國內(nèi)首個磁阱BEC后，又實現(xiàn)了首個芯片BEC，取得了BEC研究的又一重大進展。BEC的實現(xiàn)為量子信息存儲、量子信息“復(fù)印”和量子路由器研究打下基礎(chǔ)，為BEC的更廣泛應(yīng)用打開了大門。