上海光机所在冷原子系综的温度快速测量和低温组分筛选实验研究中取得新进展

       近期，中国科学院上海光学精密机械研究所中科院量子光学重点实验室冷原子物理研究团队在冷原子系综的温度快速测量和低温组分筛选实验研究中取得新进展，对冷原子量子传感和空间冷原子物理装置等应用具有重要的意义，相关工作发表在Photonics Research。

　　在冷原子量子技术的研究中，通过光学手段进行冷原子热运动相关的探测和操纵是一个重要课题。对于激光冷却后获得的碱金属冷原子气体，研究团队通过针对原子内态的精准标记操作和对原子内态的近似无损连续光脉冲探测，实现了用小于1ms的探测时间对冷原子温度进行确定性测量，并针对三维空间中的两个横向运动自由度从大约20μK的冷原子系综中成功过滤出了温度小于1μK的较冷原子组分。基于实现快速冷原子温度测量的要求，研究团队在抑制探测光振幅和相位噪声的同时，通过桶探测形式的单个探测光脉冲提供的信息以解析原子的扩散动力学。进而，当扩散时间持续到几十毫秒时，即当原子的速度差转化为较为显著的位置差时，较冷原子组分的分离也是可以实现的。此外，与位置相关的标记过程可以进一步改进为与速度相关的标记过程，基于这一转变，研究团队在冷原子系综中开展了模拟麦克斯韦妖模型的实验并研讨了相关过程中熵的产生与流向。

　　该工作得到国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划等项目的支持。

图1 实验装置、理论曲线、实验原理简图。

图2 模拟麦克斯韦妖的实验原理和实验数据。