首台量子气体显微镜可对单个锶原子成像

刘霞

在一项最新研究中，西班牙巴塞罗那科学技术学院（ICFO）科學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）。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。

量子气体显微镜装置目前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。

鉴于锶量子模拟的巨大潜力，ICFO科学家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。