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　　“如果用一句話來概括我們的工作，就是與原子對話。”這是以色列本古里安大學納米尺度系統(tǒng)實驗室原子芯片組羅恩·福爾曼教授在接受科技日報記者采訪時，對他領(lǐng)導(dǎo)的科研小組所做工作的概述。

　　福爾曼教授現(xiàn)在是炙手可熱的原子芯片研究領(lǐng)域的國際領(lǐng)軍人物，這位喜歡在地中海暢游的籃球高手，從2003年白手起家，在以色列著名學府本古里安大學建立起自己卓越的實驗室，帶領(lǐng)一個由以色列人、美國人、德國人和中國人等組成的科研團隊，在微觀粒子世界展開探索。基于其豐富的高能物理研究經(jīng)歷、一流的學術(shù)造詣和超前的學術(shù)眼光，該實驗室聲名鵲起，無論基礎(chǔ)研究還是原子芯片加工都取得了快速發(fā)展。他本人也因在發(fā)展原子芯片以及將材料科學應(yīng)用到原子光學方面先驅(qū)性的貢獻，于2011年獲得了國際激光和量子光學領(lǐng)域的大獎——蘭姆獎。

　　要讀懂福爾曼教授的簡歷絕非易事，這位曾在歐洲核子研究中心追逐了多年上帝粒子、后來卻一頭扎入量子世界的科學家，研究領(lǐng)域涉及到基本粒子物理、原子物理、量子相干性、光與物質(zhì)相互作用、材料科學與原子芯片的設(shè)計與制作技術(shù)等，看他發(fā)表的論文和專著的題目，就如同在梳理現(xiàn)代量子物理學的發(fā)展之路。懷著敬仰和好奇的心情，記者日前專訪了這位整日與原子打交道的福爾曼教授。

　　抓住原子開始對話

　　“每天我和我的學生來到實驗室，打開儀器設(shè)備，走進原子的世界，開始與它們的對話?！备柭淌谶@樣描述他們研究組尋常一天的開始。在他實驗室工作的來自中國的博士后周蜀渝，在記者面前熟練地啟動各種電子設(shè)備，鎖定激光頻率，運行自動控制程序，幾分鐘后電腦屏幕上的原子云圖像截面上出現(xiàn)了迥異于正常分布的突起曲線，“這就是玻色—愛因斯坦凝聚體，這次實現(xiàn)凝聚的原子數(shù)應(yīng)該有幾千個?！备柭f，“抓住了原子，我們就可以和它對話，向它請教?！?/p>

　　玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)是物質(zhì)的第五態(tài)，有很多奇特的性質(zhì)，如原子動量幾乎為零，并表現(xiàn)出類似激光的高度相干性等，這為科學家設(shè)計精確度更高的原子鐘、制造更精確的重力測試儀、實現(xiàn)量子信息儲存等量子信息處理過程及開發(fā)量子計算機打開了大門。

　　原子芯片讓對話更加精彩

　　現(xiàn)代物理學家將原子光學元器件集成到一塊芯片上，利用這種芯片來完成超冷原子的制備、探測和操縱，稱之為原子芯片。它把量子光學、物質(zhì)波光學的理論和成熟的微制造技術(shù)聯(lián)系在一起，大大簡化了實驗裝置，可以提供更緊的束縛和更小的磁阱尺寸，還可以對“囚禁”的原子團進行復(fù)雜且精確的操縱，甚至可以控制原子之間的相互作用，這些特點讓人類與原子的對話更加精彩。

　　福爾曼是最早的原子芯片理論的研究者和實踐者之一。他曾在奧地利因斯布魯克大學實驗組做博士后，該實驗組第一次實現(xiàn)了利用芯片上刻蝕的導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場對原子的磁束縛和導(dǎo)引。作為實驗成果論文的第一作者，福爾曼第一次在實驗中演示了原子芯片對原子的靈活操縱，展示了從原子光學到量子信息等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

　　福爾曼說，他于2003年在本古里安大學從零開始建起原子芯片實驗室。2008年，他和德國海德堡大學合作完成了一項更具前瞻性的工作。他們將超冷原子云移到芯片表面附近，通過觀察原子云的密度分布，重構(gòu)出磁場以及導(dǎo)線中的電流分布。這篇發(fā)表在《科學》雜志上的文章演示了“物質(zhì)波顯微鏡”可能用于研究固體物理的某些問題，是冷原子物理和材料科學交叉的一個里程碑。

　　原子芯片敲開量子理論研究大門

　　原子干涉儀，又叫物質(zhì)波干涉儀，是目前原子芯片的一個重要研究方向。福爾曼在這一領(lǐng)域建樹頗多。他與人合作或者作為領(lǐng)導(dǎo)，在理論上提出了多模波導(dǎo)型物質(zhì)波干涉儀和利用時間反演對稱性構(gòu)造非相干物質(zhì)波源的波導(dǎo)型陀螺儀。在實驗方面，他們實現(xiàn)了原子芯片上基于“斯特恩—蓋拉赫”效應(yīng)進行相干分束的物質(zhì)波干涉。這個實驗不但為如何實現(xiàn)大動量差的原子相干分束提供了一種方案，而且其背后隱含的各種物理解讀也令人深思。

　　迎接原子設(shè)備微型化的革命

　　福爾曼說自己曾在10歲左右時裝配了一臺晶體管收音機。“要是現(xiàn)在，這樣大的體積能容納數(shù)百萬個晶體管，因為20多年前，人們發(fā)明了大規(guī)模集成電路和芯片。”他說，“在微型化領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了兩次革命，第一次是電子設(shè)備微型化革命，第二次是光子設(shè)備微型化革命，現(xiàn)在我們要參與第三次革命，這一次的主角是原子和量子粒子。”與納米技術(shù)緊密相連的量子技術(shù)革命，將材料科學的進步和量子世界連接起來，給原子設(shè)備微型化革命帶來了希望。

　　談到自己的實驗室為何技高一籌，吸引了來自世界各地著名研究機構(gòu)的大量合作時，福爾曼說，現(xiàn)在世界上芯片制造技術(shù)相當成熟，但絕大多數(shù)都是在上世紀末建成并以半導(dǎo)體物理理論為基礎(chǔ)，而他的實驗室是世界上第一個完全以量子物理理論為指導(dǎo)建立的，“兩者有著根本的不同，如果用一句話來解釋，就是材料工程與量子物理結(jié)合的產(chǎn)物。”

　　希望有個全由中國學生組成的團隊

　　福爾曼可能已擁有了以色列單個科研實驗室最大的中國團隊，有3個來自中國的博士后目前在他的實驗室工作?！拔也唤橐馕矣幸粋€全部是中國學生的實驗室，我要學習中文，我每年都要訪問中國。”說到中國和他的中國學生，福爾曼顯得很興奮，“我那時會在實驗室插上中國國旗，讓我這里變成中以友好的民間大使館?！?/p>

　　談及他最新的科研進展時，福爾曼驕傲地說，最新的科研成果來自他的中國學生周蜀渝，他用了將近3年的時間，驗證了在距離芯片表面僅5到6微米處物質(zhì)波的空間相干性可得到長時間的保持。這項實驗在世界上首次證實了近距離物質(zhì)波的空間相干性仍能得以保持，這為將來實現(xiàn)量子電路提供了參考。它表明在現(xiàn)有技術(shù)條件下，實現(xiàn)原子芯片上物質(zhì)波的量子電路是可能的?！拔覀冏罱€有一個令人興奮的突破，他來自我的另一個中國學生周志凡?！备柭_心地說，“但我現(xiàn)在還不能告訴你。”

　　福爾曼說，近10年來中國學生質(zhì)量發(fā)生了巨大變化，首先語言障礙消除，很多中國學生英語流利；其次，科技理論技能大大增強，學術(shù)功底深厚；最重要的是，中國學生的獨立思考意識更加突出，敢于說不?！拔页３：臀业闹袊鴮W生爭論，每天早上醒來的第一件事是查看他們的郵件，聽取他們的不同意見?！?/p>

　?。萍既請筇乩S夫3月30日電）