德国汉堡大学激光物理研究所的研究人员开发了一种量子气体显微镜的新技术，利用它现在可以对三维量子系统进行成像。他们在近期的《自然》杂志上报道了这种可用于探索全新机制的新方法。

在量子模拟中，研究人员会在实验室中研究受控的量子系统以了解另一个受控程度较低的系统的物理特性。例如，使用被困在激光驻波中的超冷原子来模拟固态材料中电子的物理学，以获得对其量子相的新见解。除了准备受控系统外，成像也至关重要。例如，量子气体显微镜可检测量子系统中的所有粒子，从而可以访问任意相关函数来其表征状态。该技术通常基于间隔为半微米的晶格位点的光学分辨率，但在之前由于受到景深限制只能在二维系统使用。

在由汉堡大学Christof Weitenberg博士和Klaus Sengstock教授领导的研究团队开发的这一新方法中，他们现在克服了这个问题，使得对三维量子系统成像变为可能。为此，他们使用了所谓的物质波光学。他们将超冷原子本身的密度分布放大了90倍。经过这种放大作用之后，原子的光学成像就可以不受限制地进行衍射或景深。物质波光学基于谐波陷阱形式的透镜，该透镜被打开了四分之一的周期，随后原子会自由膨胀。并且这两个过程都会导致在真实空间与动量空间之间进行转换。

研究人员使用这项新技术来研究光学晶格中超冷铷原子的玻色-爱因斯坦凝聚。通过这种方式，他们可以对进入玻色-爱因斯坦凝聚态的相变进行特别精确的测量。接下来，研究人员希望进一步开发新的显微技术，应该可以实现在每个晶格位点只有几个原子的情况下单独检测所有原子。此外，通过修改物质波光学系统，不仅可以以空间分辨的方式测量系统的密度，还可以测量系统的相干特性。Luca Asteria与他的同事一起开发了这项技术，他解释说：“通过这种显微镜技术，我们可以探索以前无法访问的全新机制。”（编译:Qtech）