首臺量子氣體顯微鏡可對單個鍶原子成像

劉霞

在一項最新研究中，西班牙巴塞羅那科學技術學院（ICFO）科學家建造了全球首臺能對鍶量子氣體內單個原子成像的顯微鏡，并以希臘神話中雪神的名字命名為“喀俄涅”（QUIONE）。這臺量子氣體顯微鏡有望用于模擬更復雜材料，揭示新的物質狀態，也可用于量子模擬，解釋當前計算機無法回答的問題。相關論文發表于最新一期《物理學評論X輯·量子》上。

量子氣體顯微鏡裝置目前主要依賴鋰和鉀等堿性原子，但與鍶等堿性原子相比，鋰和鉀的光譜性質更簡單，這意味著鍶能提供更多信息。此外，鍶的獨特性質也使其在量子計算和量子模擬領域備受關注。例如，鍶原子云可用作原子量子處理器，解決當前經典計算機無法處理的問題。

鑒于鍶量子模擬的巨大潛力，ICFO科學家著手構建量子氣體顯微鏡。為此，他們首先利用激光降低鍶氣體溫度。在短短幾毫秒內，使其溫度降至幾乎絕對零度。在此條件下，原子行為受量子力學定律支配，表現出量子疊加和糾纏等新特征。隨后，他們利用特殊激光激活了光學晶格，使原子沿空間排列成網格。最后，研究人員用顯微鏡拍攝圖像，最終可逐個原子地觀察鍶量子氣體，“喀俄涅”構建完成。

他們使用該顯微鏡確認鍶氣體是一種超流體，即一種沒有黏性的量子物質相。