光学合成微重力环境下的量子简并气体生成

微重力环境通过实现更长的探测时间和减少加速度诱导的动力学效应,为超冷原子实验提供了独特机遇。然而,此类环境的实现主要局限于落塔、探空火箭和天基实验室等专用设施。本研究利用光学设计的力场补偿地球重力至毫重力级别,同时保持原子系综的连续束缚,从而实现了量子简并气体的合成微重力。这些力场通过动态绘制的光学偶极势阱生成,并利用垂直光学晶格中的布洛赫振荡进行原位标定,实现了对残余加速度的精确控制。基于这一能力,研究展示了臂间距达数百微米的物质波分束。进一步地,研究实现了一种布洛赫带原子干涉仪,其中通过合成微重力势中受控的三维膨胀,有效抑制了相互作用诱导的退相干。这种平均场效应的减弱使得大尺度量子简并系综的干涉灵敏度恢复至接近 \(\sqrt{N}\) 标度关系。该成果建立了一个在陆地实验室中利用束缚量子气体实现合成微重力的通用平台,将微重力实验的优势引入连续运行系统,为量子传感、物质波干涉测量和精密测量开辟了新机遇。
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提交arXiv: 2026-06-12 22:09

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