超冷原子是指原子的温度接近绝对零度（零下273.15摄氏度），这时将出现玻色-爱因斯坦凝聚态，即原本状态不同的原子凝聚到同一状态。在这样的低温下，大量原子组成的系统会呈现出显著的宏观量子效应，这样的量子统计现象我们称之为量子简并。

超冷原子具有较长的德布罗意波长。在反冲极限以下， λdB已大于原子对应的跃迁波长，此时不只是原子内部运动要采用量子力学，其整体的外部运动也要用量子力学描述。很多与其外部运动相联系的问题，也随之变化。

超冷原子系统中凝聚体是处在隔离高真空系统中由中性冷原子构成的稀薄气态原子云，其温度为μK或者nK量级。这样的情况下，超冷原子具备两个重要特性：一方面，原子运动速度极低，原子之间相互作用很弱、相互碰撞的概率很低，原子能级具有极好的相干性，原子的内在结构具有极高的稳定性和准确性；另一方面，原子云与外界环境良好的隔绝，可以提供纯净实验环境。这些特性使得超冷原子可以于以下领域应用：

一种是超冷原子研制成的高灵敏度的原子干涉仪（原子陀螺），用于测量重力加速度G的变化，从而用于石油勘探和定位，还可用于测定地球自转和预报地震，如这种应用可能对于准确寻找油、气田、矿藏量极有价值。因为地层下若是油田，原子干涉仪测出的G与在岩石中测出的G的值是不一样的，这用一般的仪器根本测不出，如能把G在不同矿藏中的变化情况一一测出，那么借助这一量值，可以相对快速、准确地探测到油气田及矿藏。

第二种是冷原子系统可以作为量子信息技术发展的理想材料。冷原子的能级可以作为可靠的量子比特，其相干时间可以到秒量级甚至更长。纠缠的量子逻辑门可以通过原子之间的相互作用来实现，原子量子比特的初始化可以通过光泵浦来实现，量子比特的测量可以通过近乎100%高效的光学荧光检测来实现。冷原子系统成为理想的存储介质，非常适合进行量子信息存储和量子操控的实验研究。

我们相信，随着科学技术的发展，超冷原子会进一步为人类提供更多高新技术的可能性，带来更多的惊喜。

本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。