近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所中科院量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室冷原子物理研究團(tuán)隊(duì)在冷原子系綜的溫度快速測(cè)量和低溫組分篩選實(shí)驗(yàn)研究中取得新進(jìn)展，對(duì)冷原子量子傳感和空間冷原子物理裝置等應(yīng)用具有重要的意義，相關(guān)工作發(fā)表在Photonics Research。

在冷原子量子技術(shù)的研究中，通過(guò)光學(xué)手段進(jìn)行冷原子熱運(yùn)動(dòng)相關(guān)的探測(cè)和操縱是一個(gè)重要課題。對(duì)于激光冷卻后獲得的堿金屬冷原子氣體，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)針對(duì)原子內(nèi)態(tài)的精準(zhǔn)標(biāo)記操作和對(duì)原子內(nèi)態(tài)的近似無(wú)損連續(xù)光脈沖探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了用小于1ms的探測(cè)時(shí)間對(duì)冷原子溫度進(jìn)行確定性測(cè)量，并針對(duì)三維空間中的兩個(gè)橫向運(yùn)動(dòng)自由度從大約20μK的冷原子系綜中成功過(guò)濾出了溫度小于1μK的較冷原子組分。基于實(shí)現(xiàn)快速冷原子溫度測(cè)量的要求，研究團(tuán)隊(duì)在抑制探測(cè)光振幅和相位噪聲的同時(shí)，通過(guò)桶探測(cè)形式的單個(gè)探測(cè)光脈沖提供的信息以解析原子的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。進(jìn)而，當(dāng)擴(kuò)散時(shí)間持續(xù)到幾十毫秒時(shí)，即當(dāng)原子的速度差轉(zhuǎn)化為較為顯著的位置差時(shí)，較冷原子組分的分離也是可以實(shí)現(xiàn)的。此外，與位置相關(guān)的標(biāo)記過(guò)程可以進(jìn)一步改進(jìn)為與速度相關(guān)的標(biāo)記過(guò)程，基于這一轉(zhuǎn)變，研究團(tuán)隊(duì)在冷原子系綜中開(kāi)展了模擬麥克斯韋妖模型的實(shí)驗(yàn)并研討了相關(guān)過(guò)程中熵的產(chǎn)生與流向。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置、理論曲線、實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)圖。

圖2 模擬麥克斯韋妖的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

原標(biāo)題：《上海光機(jī)所在冷原子系綜的溫度快速測(cè)量和低溫組分篩選實(shí)驗(yàn)研究中取得新進(jìn)展》