用超表面光镊阵列捕获单个原子

光镊阵列已成为量子计算、量子模拟和量子计量领域的关键实验平台，能实现对单个原子和分子前所未有的控制。然而，扩大这类阵列规模是重大挑战。传统光镊阵列通过声光偏转器或液晶空间光调制器生成，但光学分辨率限制使其规模约为10,000个光阱。超表面是含数百万亚波长像素的平面光子器件，为生成光镊阵列提供新方案。本研究用全息超表面生成的光镊阵列捕获单个锶原子，实现含超100个原子的二维阵列，原子可排成任意几何形状，光阱间距最小1.5微米。该阵列在光阱深度、频率和位置精度上均匀性高，性能堪比甚至超过现有方法。这得益于高折射率材料（富硅氮化硅和二氧化钛）制成的高效全息超表面。经分析和数值方法发现，超表面的亚波长像素尺寸让光镊阵列规模远超当前能力，已演示含360,000个光阱的阵列。这些进展为可扩展中性原子量子技术克服了关键障碍。