“QUIONE”诞生——可对单个锶原子成像的首台量子气体显微镜

 

　　量子物理学需要借助高精度传感技术来深入研究材料的微观特性。量子气体显微镜能检测单个原子，生成分辨率非常高的量子气体图像，是从原子水平理解量子系统的强大工具。
 

　　量子气体显微镜的核心部分是一个高分辨率的显微镜物镜，它可以收集原子发出的荧光信号，并将其放大成像到一个探测器上。这样，我们就可以观察到单个原子在光晶格中的位置和状态，甚至可以对它们进行单点操作，比如激发、移动、交换等。量子气体显微镜的出现，使得我们可以用超冷原子来模拟一些复杂的量子系统，比如量子多体系统、量子相变、量子计算等，这对于理解量子物理的本质和发展量子技术都是非常有帮助的。
 

　　目前，量子气体显微镜装置主要依赖锂和钾等碱性原子，但与锶等碱性原子相比，锂和钾的光谱性质更简单，这意味着锶能提供更多信息。此外，锶的独特性质也使其在量子计算和量子模拟领域备受关注。例如，锶原子云可用作原子量子处理器，解决当前经典计算机无法处理的问题。
 

　　在一项最新研究中，西班牙巴塞罗那科学技术学院(ICFO)科学家建造了全球首台能对锶量子气体内单个原子成像的显微镜，并以希腊神话中雪神的名字命名为“喀俄涅”(QUIONE)。
 

　　研究团队鉴于锶量子模拟的巨大潜力，着手构建量子气体显微镜。为此，他们首先利用激光降低锶气体温度。在短短几毫秒内，使其温度降至几乎绝对零度。在此条件下，原子行为受量子力学定律支配，表现出量子叠加和纠缠等新特征。随后，他们利用特殊激光激活了光学晶格，使原子沿空间排列成网格。最后，研究人员用显微镜拍摄图像，最终可逐个原子地观察锶量子气体，“喀俄涅”构建完成。
 

　　他们使用该显微镜确认锶气体是一种超流体，即一种没有黏性的量子物质相。这台量子气体显微镜有望用于模拟更复杂材料，揭示新的物质状态，也可用于量子模拟，解释当前计算机无法回答的问题。相关论文发表于最新一期《物理学评论X辑·量子》上。
 

　　(资料来源：科技日报)