臺(tái)大物理系藍(lán)劭宇副教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)電磁感應(yīng)透明冷卻快速形成量子氣體

量子氣體是一種非古典的新物質(zhì)態(tài)，與氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)及電漿態(tài)並列。近年來(lái)，量子氣體在量子科學(xué)與技術(shù)發(fā)展中扮演關(guān)鍵角色，許多新的突破建立在量子氣體實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。一般氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榱孔託怏w的條件是當(dāng)個(gè)別原子的德布羅意 (de Broglie) 波長(zhǎng)超過(guò)原子間距，而透過(guò)降溫可以增加物質(zhì)波的波長(zhǎng)。自從1995年諾貝爾獎(jiǎng)得主Eric Cornell與Carl Weiman教授首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到量子氣體以來(lái)，所有產(chǎn)生量子氣體的方法皆倚賴蒸發(fā)冷卻，類似將熱水放置於室溫下使水分蒸發(fā)降溫。然而，此冷卻方式效率低，且需要時(shí)間讓原子之間發(fā)生碰撞。

近期發(fā)表於Nature Physics期刊，臺(tái)大物理系副教授藍(lán)劭宇的冷原子量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室展示一種極高效的量子氣體生成方法。通過(guò)將原子捕捉於由雷射干涉產(chǎn)生的三維光晶格中，並運(yùn)用電磁感應(yīng)透明 (electromagnetically induced transparency) 與絕熱膨脹 (adiabatic expansion) 技術(shù)快速冷卻，成功生成量子氣體，效率接近100%，速度較傳統(tǒng)方法提升約100倍。此創(chuàng)新技術(shù)可顯著增強(qiáng)冷原子平臺(tái)在量子感測(cè)與量子計(jì)算中的應(yīng)用。

此外，藍(lán)老師的團(tuán)隊(duì)在生成的量子氣體中觀測(cè)到一種類似超新星 (supernova) 爆炸的現(xiàn)象，稱為「波色新星」 (bosenova) 爆炸，對(duì)於量子模擬和多體物理研究具有重要意義。圖為量子氣體發(fā)生「波色新星」坍縮的實(shí)驗(yàn)圖，中心為通過(guò)電磁感應(yīng)透明和絕熱膨脹技術(shù)在三維光晶格中形成的量子氣體。在「波色新星」坍縮後，原子經(jīng)由碰撞噴發(fā)出大量原子束，形成原子環(huán)的結(jié)構(gòu)。

研究成果全文：
https://www.nature.com/articles/s41567-024-02677-9
https://rdcu.be/dYl89