尽管量子技术已被证明对高精度计时很有价值，但这些技术在各种环境中的实用化仍然是一个关键挑战。来自英国牛津大学的研究人员开发了一种新的高通量的紧凑型低功耗冷原子源装置，它可以成为许多量子技术的关键组成部分，这实现了在向便携式量子设备转变迈出了重要的一步。

来自牛津大学一个研究小组的负责人Christopher Foot说：“基于激光冷却原子的量子技术已经在国家层面上推动了用于计时的原子钟的发展。这些精确的时钟有很多用于电子通信和导航系统（如GPS）的时间同步。可以被更广泛部署（包括在太空中）的紧凑型原子钟为通信网络提供了弹性，因为哪怕是网络中断，本地时钟仍可以保持准确的计时。”

Foot和其牛津大学的同事在光学领域权威杂志《Optics Express》上发表了一篇科研成果，该论文描述了他们在英国牛津进行的工作，展示了一种全新的冷原子源设计。这种新设备适用于广泛的冷原子技术。Foot说：“在这个项目中，采用了我们为研究目的所做的设计，并将其开发成一个紧凑的设备。除了计时功能，该紧凑型冷原子设备还可以用于重力测绘、惯性导航和通信的仪器，以及用于研究暗物质和引力波等物理现象。”

尽管看起来有驳常理，但激光可以对原子施加减速的力以将原子冷却到极低的温度。这种激光冷却通常需要复杂的反射镜排列，才能从各个方向将光照射到真空中的原子上。这种过程可用于创建冷原子源，该源会产生一束激光冷却原子并指向一个区域，用它可进行计时或更精确的探测引力波。

该团队的研究人员创造了一个完全不同的设计，他们使用四面像金字塔一样排列的镜子，并以允许它们像花瓣一样相互滑过的方式放置。然后在金字塔顶部会形成一个可调节的孔，冷原子可以通过该孔被射出。还可以调整该孔的大小以适应不同应用的冷原子流。金字塔排列的镜子会反射来自单个入射激光束的光，该激光束通过单个视口进入真空室，从而大大简化了光学器件。

位于冷原子源真空区域内的反射镜是通过抛光金属并施加介电涂层制成的。Foot说：“这种可调节的设计是一个全新的功能，用四个相同的抛光金属块创建金字塔大大简化了组装过程，并且它可以在没有调整机制的情况下使用。”

为了测试他们新的冷原子源设计，研究人员建造了一种实验室设备，用来充分表征通过金字塔顶点的孔发射的原子通量。Foot表示：“我们演示了异常高的铷原子通量。大多数冷原子设备进行的测量精度会随着使用的原子数量而有所改善。因此可以使用具有更高通量的源来提高测量精度、提高信噪比或帮助实现更大的测量带宽。”

该团队研究人员还表示，这种新冷原子源设备将很适合商业应用。由于它只具有少量组件和很少的组装步骤，因此很容易进行批量的生产。（编译:Qtech）