德國量子物理雙重突破：單原子捕捉超過兩小時，表面力化身量子陷阱新利器

低溫恆溫器設計創新：無需複雜低溫封裝，保留完整光學通道

這項設計最關鍵的創新在於：所有成像與光鑷的光學元件均置於玻璃腔室外，在室溫空氣環境下運作。如此一來，便無需使用必須能承受熱收縮與超高真空（UHV）條件的特殊真空相容、低溫相容物鏡。玻璃腔室本身位於腔體的室溫部分，僅有深處的冷卻頭被主動冷卻。

這意味著該系統保留了完整的光學通道，可直接使用標準的商用高數值孔徑（high-NA）物鏡。代價則是原子無法被屏蔽於室溫黑體輻射之外。不過，研究團隊指出，此設計與未來欲進行的室溫微波屏蔽（適用於里德堡態實驗）相容。

邁向數萬原子無缺陷陣列的可行路徑

該論文明确指出，更長的陷阱壽命直接促成了更大規模的原子排序陣列。由於排序時間與原子數量呈線性成長，而維持無缺陷陣列的成功率會隨著陣列規模擴大而呈指數下降，因此長達數小時的真空壽命提供了充足的時間來組裝大型有序的原子配置。加上完整的雙側光學通道可支援大視場物鏡與高功率雷射，研究團隊預測，這是一條通往數萬顆原子無缺陷陣列，甚至可能超過十萬顆原子的現實路徑。

2. 柏林洪堡大學：利用表面力開發新型混合奈米光子陷阱

柏林洪堡大學（Humboldt-Universität zu Berlin）阿諾·勞申博伊特爾（Prof. Arno Rauschenbeutel）教授團隊，展示了一種用於捕捉冷銫原子的混合奈米光子陷阱（hybrid nanophotonic trap）。這項成果最初於2025年9月以預印本形式發表（arXiv:2509.17767），隨後獲《自然·光子學》（Nature Photonics）期刊接受發表。

運作原理

• 此陷阱利用表面力（包含Casimir-Polder相互作用力以及奈米光纖表面的靜電荷）來吸引原子，同時僅需一道藍光失諧的漸逝雷射場（blue-detuned evanescent laser field）提供排斥力。
• 這取代了傳統基於奈米光纖原子捕捉所需的雙色（紅光+藍光）偶極陷阱。此混合陷阱的最小位能點位於距離奈米光纖表面約650奈米處，阱深約為1微克耳文（μK）。

關鍵性能表現

• 原子儲存時間： 達140(9)毫秒——即便此混合陷阱遠比傳統的雙色偶極陷阱更淺，但仍實現了更長的儲存時間。
• Ramsey同調時間： 達16.8(2)毫秒——比過去所有的奈米光子波導陷阱高出一個數量級以上。這是因為原子大部分時間都處於低光強區域，大幅減少了差動光位移（differential light shift）所造成的退同調效應。

研究意義

這項研究顯示，過去被視為必須極力避免的干擾因素——表面力——其實可以被轉化為有用的工具。此方法簡化了光學需求（所需雷射光束更少），並顯著提升了原子的同調性，使其在量子記憶體、量子網路節點以及其他奈米光子量子裝置的應用上極具潛力。