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。首先將原子囚禁於磁光阱中，並用激光冷卻預冷。一般也需要再利用蒸發製冷，以達到更低的溫度。最近，麻省理工學院也有通過激光冷卻直接達到量子簡併物態的研究成果報導[1][2]。
當原子被降到足夠低的溫度時，他們將會處於一種新的量子物態。對於玻色型原子氣會產生玻色-愛因斯坦凝聚；對於費米型原子氣，則形成簡併費米氣。由於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，由於較大的零點能，常壓下始終為液體），因此這類原子氣實際上處於亞穩態。但是當原子氣足夠稀薄，碰撞機率足夠小，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。對於費米型氣體，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，冷原子被用於研究玻色-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。冷原子也被用於研究人工合成規範場，使得人們可以在實驗室中模擬規範場，從而在凝聚體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，可以用於研究量子資訊學，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。[3][4]
參考文獻
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