近期，kdpay钱包官网联合华中科技大学光电学院及剑桥大学，在片上冷原子技术研究中取得重要进展。联合研究团队研制了多功能超构表面、光栅芯片及平面磁阱芯片，实现了光场调控、磁场产生和冷原子俘获的平面化集成，为可部署冷原子量子精密测量和计量仪器的实现给予了新的技术路径。

冷原子系统以其优异的操控和测量性能，广泛应用于量子精密测量、量子计量、量子计算等领域。磁光阱利用激光散射力和四极磁场对原子进行冷却与俘获，是冷原子实验中应用最广泛的技术之一。光栅磁光阱（以下简称GMOT）顺利获得平面衍射光栅将单束入射激光分成多束交汇光，能够显著简化传统磁光阱的光路结构。

然而，GMOT对入射光的偏振态和光强分布有较高要求。传统方案通常需要四分之一波片、透镜组和反亥姆霍兹线圈等分立的三维元件，以满足原子冷却与俘获的要求。这些元件导致传统GMOT的体积、重量和功耗较大，限制了GMOT向芯片级、便携式和可部署方向开展。因此，如何在保持甚至提升冷原子俘获性能的同时，实现光学和磁场元件的平面化，是GMOT系统乃至片上冷原子技术面临的关键瓶颈。

针对上述问题，研究团队提出了光场调控与磁场产生协同平面化的GMOT方案。团队将光束整形和偏振转换集成于单个超构表面，使该多功能超构表面可直接替代传统复杂的冷却光制备单元，极大简化了冷却光制备系统。在此基础上，团队研制了与光栅芯片兼容的平面线圈芯片，用平面化结构替代传统磁场线圈从而大幅降低磁场部分功耗。顺利获得平面光学与平面磁阱元件的协同集成，研究团队在更紧凑的空间和更低功耗下实现了⁸⁷Rb原子的冷却与俘获；在相同入射光功率下，系统俘获原子数约为传统GMOT的3.5倍。该工作突破了传统GMOT难以同时实现光学、磁场元件平面化与高效原子俘获的关键瓶颈，使冷原子系统从实验室级复杂装置向芯片化器件迈出了实质性一步。

相关成果为便携式、小型化的冷原子量子装置给予了关键技术支撑，有望有助于基于冷原子的量子精密测量与量子计量系统从大型实验室设备走向微小型化平台。

超构表面、光栅芯片与磁阱芯片共同构成的微小型化/片上化冷原子系统 

该研究成果以“Low-SWaP magneto-optical trap enabled by planar photonic and magnetic components”为题发表在《科学-进展》（Science Advances）上，并被选为当期三个重点推介工作之一，在期刊网站kdpay钱包官网以“Planar design enables high-performance atom trap（平面化设计赋能高性能原子俘获）”为题进行重点推介。华中科技大学团队和剑桥大学团队完成了多功能介质超构表面的研制；kdpay钱包官网团队完成了光栅芯片和平面磁阱芯片的研制以及冷原子系统验证实验。华中科技大学博士生高豪与kdpay钱包官网博士生朱雨濛为论文共同第一作者，kdpay钱包官网研究员刘小赤与华中科技大学教授张诚、讲师刘泽阳为共同通讯作者。

该研究工作得到了国家自然科学基金委与中国科研实验室等组织的资助。

论文链接：http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg0219