超冷原子气指利用激光致冷技术将原子团冷却到nK量级实现玻色爱因斯坦凝聚体或简并费米气体。实验上已经实现超冷原子气体的原子有铷、钾、钠、锶、锂、铯等。通过调节原子种类的数目以及自旋分量自由度、束缚势阱的形式、原子间的相互作用强度、有效磁场分布、自旋轨道耦合形式以及相位分布，可以为研究特定物理效应以及寻找新的量子现象提供干净理想且可控的模型化体系，使中性原子量子系统成为量子模拟的重要试验平台。

我们研究组以中性原子量子系统为研究对象，通过解析方法以及数值模拟方法研究超冷原子气体的量子多体问题。研究组目前有教授1人，副教授1人，讲师1人。研究内容主要涉及：

量子环流与原子器件：原子电子学通过微磁场或激光产生的微光学线路操纵原子来创建原子器件和原子电路，从而开发出电子线路所不能实现的的新功能，同时避免固态系统中面临的晶格缺陷、声子散射等问题。研究组通过对量子环流以及约瑟夫森结的搭建，研究不同几何构型下的有效电路特性，以实现功能型原子器件。

弯曲几何构型下的多体物理：随着技术的成熟，时空也成为实验可控因素，宏观宇宙学现象如声学黑洞、霍金辐射、安鲁效应、宇宙膨胀现象不断得到演示。圆环、球壳、双曲空间等几何构型也均已在冷原子实验中得到模拟。研究组针对弯曲空间下粒子的运动规律以及多体问题展开研究，探索空间曲率对量子相干、量子涨落、量子相变等物理性质的影响。

涡旋扭结动力学：纽结理论是代数拓扑的一个分支，研究如何把若干个圆环嵌入到三维欧氏空间中。通过在BEC系统中产生涡旋线或涡旋环，研究组探索量子状态下涡旋线碰撞过程中涡旋扭结的动力学形成过程，分析涡旋扭结形成所需条件、扭结寿命、以及其衰变过程，总结其演化规律以及其在量子湍流中扮演的角色。