よろずQCのZen問答: DarpaがAtomic Vapor(原子蒸気)を研究するプログラム(SAVaNT) を設定して最初の8の組織 を発表、今後 契約が済み次第、順次 貢献者を追加して発表する。

これはまず速報ということで、詳細は今後。メチャクチャ簡単に言うと、通常量子状態を維持するには、絶対0の温度を達成して維持しなければならない。Ion TrapやCold Atomは大きな冷却装置はいらないが量子そのものは絶対0度付近にまで下げないといけない。この原子蒸気は常温でそれが達成できる。このプログラムは、プログラム・マネージャーのDr. Tatjana Curcicによれば、このプログラムは電場センシングとイメージング、磁場センシング、および量子情報科学(QIS)の分野で新しい技術を可能にするための、室温(RT)プラットフォームとしての原子蒸気の性能を大幅に向上させることを目指している。

Dr. Tatjana Curcic, DARPA, Defense Sciences Office (DSO)
Program Manager 出典:Darpa

「原子蒸気」がatomic vaporの日本語訳に使われることが多いみたいだ。しかし、正面からそれが何かを説明した記事や論文を見つけられていない。これが一番近いものか。ご存知の方はお教えください。

Darpaは米国時間の9月10日にSAVaNT(the Science of Atomic Vapors for New Technologies) プログラムを発表し、最初にこれに参加する8つの組織を発表した。その組織は以下の、大学、研究所、企業を含む。以下で「Quantum Valley Ideas Laboratories(カナダの会社)」以外は全て米国の組織である。このうち、ColdQuanta(Cold Atom方式のQCハードを開発中)とUniversity of Maryland (UMD)はQCの活動でたびたび目にする。UMDはIonQの共同創始者の一人のChris Monroe教授が現在所属するDuke大学に移籍するまで在職していた。更に、IonQの本社はUMDの側にあり、最近IonQとUMDはQ-Lab(National Quantum Lab at Maryland)を設置した。今後契約が締結されるの従って新たな参加・貢献組織も発表される予定。

SAVaNTプログラムの要約は欄外参照。

SAVaNTプログラムの要約

情報科学とセンシングの両方における量子研究は、多くの新しい防衛アプリケーションを可能にする大きな可能性を示しています。しかし、実験室から実用化へのブレークスルーの移行の主な障害は、原子を冷却してトラップし、量子の特徴を活用するために必要な広範な装置です。この課題に対処するために、DARPAは新技術のための原子蒸気の科学(SAVaNT)プログラムを発表しました。 SAVaNTは、室温の原子蒸気の性能を向上させ、複数の国防総省のドメインにわたる性能と、低サイズ、重量、および電力(SWaP)の前例のない組み合わせの将来の機会を可能にすることを目指しています。「SAVaNTプログラムは、室温の原子蒸気に基づく新しい一連の技術を調査して、軍事関連のアプリケーションの重要なギャップに対処します」と、DARPAの防衛科学局のプログラムマネージャーであるTatjanaCurcic博士は述べています。 続けて「私たちは、電場の検知とイメージング、磁場の検知、および量子情報科学のための原子蒸気の性能を大幅に向上させる革新的な研究提案に興味を持っています。」

このプログラムは、熱雑音を低減するためにレーザーで原子を非常に低温に冷却する必要がある低温原子技術とは対照的に、暖かい原子蒸気に焦点を合わせています。このプロセスにより、これまでにないレベルのタイミング精度で世界で最も正確な原子時計が実現しました。しかし、原子を冷却するために必要な装置は実験室をいっぱいにする可能性があり、実験室の原子時計は現場での使用には実用的ではありません。一方、暖かい原子蒸気アプローチは、複雑なレーザー冷却を必要とせず、より多くの原子を可能にし、信号をブーストします。ただし、課題は、熱環境の影響が、たとえ室温であっても、量子効果またはコヒーレンスが持続できる期間を大幅に緩和することです。

Darpaの「Harnessing Quantum Technologies at Room Temperature」から一部抜粋しGoogle Translateで提供

このプログラムの目標は以下の3つだ。

  1. Rydberg Electrometry(原子を使用して電場を感知するRydbergセンサーの開発を目指しており、超狭帯域幅、高感度の電場検出を提供。)
  2. Vector Magnetometry(低SWaP、室温、準DC磁場センサーを可能にするベクトル磁力測定に焦点。)
  3. Vapor Quantum Electrodynamics (vQED)(蒸気量子電気力学に取り組み、室温で量子ネットワークの重要なコンポーネントを実現。現在の方法では、極低温またはレーザー冷却とトラッピングのいずれかが必要)

プロジェクトは2段階で進行する。第一段階は、物理の問題をデモすること、第二段階は実際のパッケージと応用分野をデモすることである。

3つはそれぞれ更に幾つかのサブプロジェクトに分かれる。参加1社毎にサブプロジェクトの担当となる。

Rydberg Electrometry

Rydbergとは、スエーデンの物理学者のJohannes (Janne) Robert Rydbergのこと。幾つかの情報は欄外で。

  • Quantum Valley Ideas Laboratories: 高感度Rydberg(リュードベリ)電位計用の低SWaP(low size, weight and power)デバイスの開発に向けて、新しい蒸気セルの設計と読み出し方法を追求。
  • ColdQuanta, Inc.: RFヘテロダイン検出と蒸気セルRydberg(リュードベリ)原子センサーの新しい電界増強技術の組み合わせを追求して、高感度と狭い瞬時帯域幅を実現。
  • Rydberg Technologies:新しい蒸気の準備と読み出しの方法、およびレーザー安定化技術を開発することにより、Rydberg電位計の感度を向上させることを目指す。

Vector Magnetometry

  • Twinleaf LLC:高アルカリ密度量子システムを使用し、アルカリスピン保存コーティングを使用して量子コヒーレンス時間を延長した、高精度と高感度の新しいベクトル磁場センサーの開発
  • University of Colorado:2つの別々の測定プロトコルとキャビティ拡張を組み合わせることで高精度と高感度を同時に達成できる小さなMEMS蒸気セルパッケージで新しいベクトルスカラー原子磁力計を開発
  • William and Mary:精度、長期安定性、およびベクトルを組み合わせた、蒸気セル内の原子集団の全光励起および電磁誘導透明度(EIT)調査に基づくベクトル場抽出の新しい方法を使用。 単一のセンシングユニットへのモダリティ。

Vapor Quantum Electrodynamics (vQED)

  • Georgia Institute of Technology:チップスケールのナノフォトニック共振器と統合された新しいスロット構造に基づく新しいプラットフォームに焦点を当て、量子情報アプリケーションの原子-光結合を桁違いに改善
  • University of Maryland:原子蒸気と、遅い光と局在化効果を利用する新しいチップスケールの高Qナノフォトニックキャビティとの統合を通じて、強力な原子-光子結合を実証

Johannes (Janne) Robert Rydberg

Johannes (Janne) Robert Rydberg(1854年11月8日-1919年12月28日)は、1888年にRydburg Formula (リュードベリの式)を考案したことで主に知られているスウェーデンの物理学者でした。 この式は水素原子の電子のエネルギー準位の変化によって放出される(可視光やその他の電磁放射の)光子の波長を表すために使用されます。

Johannes RydbergのWikiの一部をGoogle Translateで翻訳

Rydburg Formula

原子物理学では、Rydburg Formula(リュードベリの式)は多くの化学元素のスペクトル線の波長を計算します。

Rydberg formula Wikiの一部をGoogle Translateで翻訳

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