刷新世界低温记录：纳开量子首席科学家周小计团队在中国空间站实现低于10皮开尔文的超冷量子气体

绝对零度（即零开尔文）是宇宙中温度的极限，获得更接近绝对零度的超低温是物理学研究的重要目标。当物质进入极低温状态，原子运动逐渐减缓，量子效应开始在宏观尺度上展现，为研究量子计算、量子多体物理、量子模拟和精密测量提供独特条件。在地球环境下，磁场与光场的冷却可以将原子系统冷却到纳开尔文的量级（1纳开尔文=10⁻⁹开尔文），然而地面重力的影响却让我们无法再突破这个极限。在太空中，此前已知的世界纪录是太空原子芯片构造的38皮开尔文（1皮开尔文=10⁻¹²开尔文），扩散寿命为两秒。

近日，由纳开量子首席科学家、北京大学电子学院周小计教授担任科学实验负责人，与北京大学电子学院空间站超冷原子柜项目首席科学家陈徐宗教授共同领导的科学团队，联合上海光机所工程团队，在中国空间站超冷原子物理实验平台取得重要进展，获得了低于10皮开尔文的超冷原子气体，其扩散寿命超过7秒。

该成果以 “Quantum Gases Below 10 Picokelvin in Space”为题于2026年11月5日发表在《科学》（Science）上。这一温度刷新了人造低温量子气体温度的世界纪录，得到了当前宇宙中温度最低的物质。

该实验依托中国空间站超冷原子物理实验柜开展，由北京大学和中国科学院上海光学精密机械研究所从2015年开始研制。实验柜于2022年10月随梦天实验舱进入中国空间站。经过3年多的努力，通过激光冷却、原子俘获、蒸发冷却等过程，团队首先获得量子简并气体，进一步，克服了实验中对激光频率与功率稳定性、光阱参数控制、机械振动抑制、原子云温度测量和实验重复性的困难，通过两级交叉光束冷却新方案，也就是不同束腰尺寸和光学势阱深度的交叉激光束进行原子深度冷却，将原子等效温度降低到 10皮开尔文。

中国空间站超冷原子物理实验柜

空间站中9.7pK超冷原子气体的温度测量和标定

从地面原理验证到空间站在轨实验，中国空间站超冷原子物理实验平台为开展极低温量子气体研究提供了新的条件。这种冷原子平台不仅是温度指标的提升，也为后续量子物理实验提供了新的可能。在超低温条件下，原子的热运动进一步减弱，我们能够更精细地操控量子气体的状态，并探索低温、弱扰动和长时间演化条件下的量子行为。结合光晶格、相互作用调控和高精度成像等技术，空间超冷原子有望成为研究量子多体物理、探索新型量子现象和发展空间量子精密测量的重要平台。

该论文的共同第一作者包括北大-纳开量子计算联合实验室两位骨干成员：北京大学电子学院熊炜助理研究员、北京大学物理学院金圣杰助理研究员；纳开量子首席科学家、北京大学电子学院周小计教授担任通讯作者之一。文章作者还包括北大-纳开量子计算联合实验室副主任、北京大学电子学院姚和朋研究员。北大-纳开量子计算联合实验室副主任、北京大学物理学院刘雄军教授、纳开量子CEO樊耀塬博士、CTO税鸿冕博士也深度参与该项目。

本工作得到了中国载人航天工程空间应用系统、中国科技部国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

未来，纳开量子将继续深耕超冷原子技术，深化与北京大学等科研机构的协同创新，助力我国在全球量子科技竞争中占据制高点，为建设科技强国贡献量子力量。