激光冷卻技術(shù)的出現(xiàn)創(chuàng)造了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，類似于光光學(xué)的經(jīng)典研究，但在這里它被稱為原子光學(xué)。原子光學(xué)允許科學(xué)家們以與經(jīng)典光波處理平行的方式處理中性原子的量子波性質(zhì)。結(jié)合使用納米技術(shù)和激光冷卻技術(shù)，可以制造原子鏡、原子透鏡、原子衍射光柵、原子光纖波導(dǎo)和原子阱。在所有情況下，這些設(shè)備都會(huì)連貫地引導(dǎo)、聚焦、衍射或反射原子，從而保持原子波函數(shù)的相位。
因此，可以制造原子干涉儀、原子激光器、原子蹦床和其他奇異的物質(zhì)波設(shè)備。同樣，由于原子質(zhì)量相對較大，這些設(shè)備對引力和慣性效應(yīng)特別敏感。除了慣性傳感方面，哈佛大學(xué)正在開展一項(xiàng)計(jì)劃，使用原子干涉儀作為一種新型光刻設(shè)備進(jìn)行納米加工。對于另一個(gè)應(yīng)用，科學(xué)家最近在量子原子重力梯度儀領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)發(fā)展導(dǎo)致了一種基于中性原子物質(zhì)波干涉法的新型重力梯度儀在原型中，這些梯度儀比目前最先進(jìn)的超導(dǎo)梯度儀更靈敏，但不需要液氦冷卻劑。
在量子原子重力梯度儀中，原子的波動(dòng)性被作為第二次量子革命標(biāo)志的技術(shù)所操縱。量子相關(guān)效應(yīng)有可能將量子原子重力梯度儀的靈敏度放大多個(gè)數(shù)量級(jí)，為地球或其他太空行星的重力場測繪提供無與倫比的精度。這些梯度儀也可應(yīng)用于地質(zhì)勘測和廣義相對論測試。一項(xiàng)羽翼未豐的JPL正在努力開發(fā)用于地球引力場空間觀測的量子原子重力梯度儀。
原子激光之于非相干原子束就像光學(xué)激光之于燈泡。這個(gè)比喻非常好。在光學(xué)激光器中，光子都具有一個(gè)頻率，并以相同的相位沿明確定義的方向移動(dòng)。在原子激光中，原子都具有相同的速度和相位，利用了由量子力學(xué)決定的物質(zhì)的相干波狀性質(zhì)。正如量子光學(xué)的真正進(jìn)步直到1960年代光學(xué)激光器的發(fā)明才出現(xiàn)一樣，這也是相干物質(zhì)革命的開始，現(xiàn)在科學(xué)家們可以使用原子激光器。
一種應(yīng)用是光刻，具有創(chuàng)建中性原子、物質(zhì)波干涉圖和全息圖的能力，以便在原子水平上書寫二維和三維圖案。另一個(gè)應(yīng)用是慣性和引力傳感器，其中原子波非常敏感——因?yàn)樗馁|(zhì)量比光子大。這是電子伏特的數(shù)量級(jí)，其中原子的質(zhì)量可以是千電子伏特，使用原子物質(zhì)波重力梯度儀中的激光源有望將這些設(shè)備的靈敏度提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，科學(xué)家們展示了連續(xù)波原子激光器的示意圖。
熱原子通過碰撞激發(fā)進(jìn)入基態(tài)激光模式，然后它們從諧波結(jié)合勢中耦合出來，產(chǎn)生相干的物質(zhì)波束。先前的調(diào)查可能表明，未來量子技術(shù)的進(jìn)展已經(jīng)掌握。然而，更公平地說，科學(xué)家們才剛剛開始在這條道路上邁出第一步。目前的努力仍然是非常基礎(chǔ)的科學(xué)，即使是這些研究項(xiàng)目中最先進(jìn)的項(xiàng)目，也需要付出巨大的努力才能進(jìn)入開發(fā)階段。盡管有一些有希望的開端，但許多技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用距離更遠(yuǎn)。迄今為止，量子技術(shù)本身還沒有專門的努力，而且該領(lǐng)域本身才剛剛開始將自己定義為一門學(xué)科。
然而，科學(xué)家們相信，隨著這些實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到市場，幾乎可以肯定會(huì)出現(xiàn)一門新的量子技術(shù)或量子工程學(xué)科，現(xiàn)在問明智的資金應(yīng)該投資在哪里還為時(shí)過早。在過去十年中，包括量子技術(shù)在內(nèi)的尖端技術(shù)在設(shè)計(jì)高度復(fù)雜的平臺(tái)或全功能結(jié)構(gòu)、快速檢測疾病、探索治療罕見遺傳疾病的新方法、改進(jìn)藥物等方面顯示出巨大的潛力設(shè)計(jì)過程或治療干預(yù)，更準(zhǔn)確地比較大規(guī)模化合物，預(yù)測藥物靶點(diǎn)或靶點(diǎn)-藥物相互作用，以及開發(fā)能夠自我監(jiān)測的智能給藥系統(tǒng)。
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