Precision engineering for ultra-cold atoms and space experiments

Abstract

Οι υπερ-ψυχρές τεχνολογίες ατόμων υπόσχονται σημαντικές βελτιώσεις στους τομείς της ανίχνευσης, της επικοινωνίας, της κβαντικής προσομοίωσης και του υπολογισμού. Για να αξιοποιηθούν πλήρως οι δυνατότητές τους, πρέπει να αναπτυχθούν πολλές νέες τεχνολογίες. Σε αυτή τη διατριβή επικεντρώνομαι σε τρεις από αυτές: την μηχανική ακρίβειας των κυματοδηγών, την μηχανική ακριβείας της κατάστασης εισόδου του αισθητήρα και τις εξαιρετικά σταθερές και στιβαρές τεχνολογίες για διαστημικές αποστολές. Αυτές οι τρεις κύριες προκλήσεις του πεδίου διερευνώνται σε αυτήν την εργασία. Αρχικά, διερευνώ τα όρια της χωρίς διέγερση μεταφοράς συμπυκνωμάτων Bose-Einstein (BECs) και υπερ-ψυχρών ατομικών νεφών σε κυματοδηγούς μαγνητικού πεδίου (TAAP) με σχήμα δακτυλίου εισάγοντας τεχνητά εμπόδια. Παρατηρείται μια ευρεία περιοχή όπου δεν υπάρχει διέγερση μέχρι την τιμή ενός κατωφλίου, όπου παρατηρείται απότομη αύξηση της διέγερσης του ατομικού νέφους. Παρουσιάζω επίσης μια ακριβή και απλή μέθοδο ανίχνευσης, με μόνο σφάλμα 1% στη μέτρηση του αριθμού των ατόμων. Αυτό αποτελεί βελτίωση περίπου 10 φορές στην ακρίβεια της πειραματικής μας ακολουθίας. Η μέθοδος έχει τη δυνατότητα να εφαρμοστεί ως ελάχιστα καταστρεπτική τεχνική μέτρησης για την κβαντική κατάσταση και τη θερμοκρασία του υπερ-ψυχρού νέφους. Τέλος, αναπτύχθηκε μια συμβατή με το διάστημα σύζευξη οπτικών ινών. Επιτεύχθηκε υψηλή απόδοση σύζευξης της τάξης του 94% και διακυμάνσεις μικρότερες από 1% παρουσία διακυμάνσεων στην θερμοκρασία και κραδασμών. Αυτές οι επιδείξεις ανοίγουν το δρόμο προς την πραγματοποίηση πρακτικών συσκευών που βασίζονται σε υπέρψυχρα νέφη. Στα πλαίσια της εργασίας σχεδιάστηκαν και δημιουργήθηκαν προσαρμοσμένες ηλεκτρονικές διατάξεις και λογισμικό.