超冷原子是將原子置于一個極低溫環境（接近絕對零度，0K）下的原子狀態。在這樣的低溫狀態下，原子的量子力學性質發生改變。
基本介紹
超冷原子是將原子保持在一個極低溫的狀態（接近絕對零度，0K），一般來說其典型溫度在百納開左右。在這樣的低溫狀態下，原子的量子力學性質變得十分重要。要到達如此低的溫度，則需要好幾種技術的配合使用。首先將原子囚禁于磁光阱中，并用激光冷卻預冷。再利用蒸發制冷，以達到更低的溫度。
當原子被降到足夠低的溫度時，他們將會處于一種新的量子物態。對于薩特延德拉·玻色型原子氣會產生玻色-阿爾伯特·愛因斯坦凝聚；對于費米型原子氣，則形成簡并費米氣。由于原子間存在相互作用，實際上絕大多數原子在低溫下的基態是形成固體（除了He3和He4，由于較大的零點能，常壓下始終為液體），因此這類原子氣實際上處于亞穩態。但是當原子氣足夠稀薄，碰撞概率足夠小，這種亞穩態可以比較長時間的存在。無論是費米子還是玻色子，如果原子間相互為吸引作用，上述原子氣所描述的狀態將會失穩而塌縮。對于費米型氣體，某種原子間的吸引作用可能形成類似超導當中的庫伯（Cooper）對，而形成新的基態。
實驗上，冷原子被用于研究薩特延德拉·玻色阿爾伯特·愛因斯坦凝聚（BEC），超流，量子磁性，多體系統，BCS機制，BCS-BEC連續過渡等，對理解量子相變有重要意義。冷原子也被用于研究人工合成規范場，使得人們可以在實驗室中模擬規范場，從而在凝聚態體系中輔助驗證粒子物理的理論（而不需要巨大的加速器）。冷原子可以被精確的操控，可以用于研究量子信息學，冷原子系統是實現量子計算的眾多方案中非常有前景的之一。
研究進展
2002年，中國科學院院士王育竹領導的研究小組，在原子云中成功觀測到了薩特延德拉·玻色阿爾伯特·愛因斯坦凝聚（BEC）現象。
2016年9月，中國科學技術大學和北京大學相關研究人員組成的聯合團隊在超冷原子量子模擬領域取得重大突破。中國科大-北大聯合團隊在國際上首次理論提出并實驗實現超冷原子二維自旋軌道耦合的人工合成，測定了由自旋軌道耦合導致的新奇拓撲量子物性。這一關鍵突破將對新奇拓撲量子物態的研究，進而推動人們對物質世界的深入理解帶來重大影響。該合作成果以研究長文（ResearchArticle）的形式發表在最新一期的國際權威學術期刊《科學》上（DOI:10.1126/science.aah7087）。
2021年4月，德國科學家在一枚探測火箭上首次成功實現了太空原子干涉測量。鑒于原子干涉儀可以利用原子的波動特性開展極精確測量，如測量地球的引力場或探測引力波等，新研究有望更精確探測引力波。
2023年9月6日，中國科學技術大學的潘建偉院士、苑震生教授等與清華大學馬雄峰副教授、復旦大學周游副研究員合作，使用光晶格中束縛的超冷原子，通過多項創新技術制備出多原子糾纏態，向制備和測控大規模中性原子糾纏態邁出重要一步，為研制新型高性能量子計算機奠定了基礎。
參考資料 >
超冷原子干涉實驗首次在太空實現.中國新聞網.2021-04-16
新突破！祝賀中國科學家.中國青年報-光明網.2023-09-11