中国科学技术大学郭光灿院士团队在冷原子超分辨成像研究中取得重要进展。该团队李传锋、黄运锋、崔金明等人在离子阱系统中实现了单个离子的超分辨成像，该成果于2021年12月23日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。

冷原子系统包括离子阱中囚禁的离子和光场中囚禁的原子等，是研究量子物理的理想实验平台，也是进行量子模拟、量子计算和量子精密测量实验研究的重要物理系统。冷原子系统中的核心实验技术之一是高分辨单粒子成像。近十年来，冷原子系统的显微成像技术飞速发展，涌现出了量子气体显微镜、光镊原子阵列、高分辨率囚禁离子成像等先进技术。然而这些技术仍受限于基本的光学衍射极限，分辨率只能达到光学波长量级，难以用于研究波函数细节相关的量子现象，研究这类问题需要光学超分辨成像。

众所周知，光学超分辨成像已经在化学和生物领域发展成为成熟的工具，并由此导致了2014年的诺贝尔化学奖。然而由于冷原子实验的复杂性，将超分辨成像技术应用于冷原子系统极具挑战。此前国际上对单原子（离子）直接的超分辨成像尚未取得进展。

在本实验中，研究团队借鉴经典成像领域的受激耗尽超分辨成像方法（STED），结合冷原子系统的原子量子态初始化和读取技术，首次在离子阱中实现了单个冷原子（离子）的超分辨成像。实验结果表明该成像方法的空间分辨率可超越衍射极限一个量级以上，利用数值孔径仅为0.1的物镜即可实现175 nm的成像分辨率。……