主要完成人：陈刚、陈子栋

多体系统的量子相变及其调控一直是凝聚态物理学的热门研究内容之一。随着激光冷却和俘获中性原子技术的成熟，人们将可以调控多原子系统与超高精细度腔的相互作用。对于该复合系统的动力学可以用著名的Dicke模型来描述。尽管在理论上可以产生集体原子与光子的强相互作用，但是由于每个原子都各自存在量子涨落，因此，这种集体强相互作用是非常难观察。值得注意的是，2007年Brennencke等人在实验上实现了玻色爱因斯坦凝聚体（BEC）与光学腔的相互作用。由于BEC中所有超冷原子都占据在同一个态上，因此，所有的超冷原子将与光子发生相同的相互作用，从而形成集体强相互作用。这个实验为研究腔量子电动力学（CQED）和超冷气体打开了新的领域。正是所有超冷原子都占据在同一个态上，超冷原子之间会发生一定的碰撞相互作用。而在腔 QED 中这些原子—原子碰撞相互作用将与原子—光子相互作用发生激烈竞争，从而导致新奇的量子效应。项目的研究结果不但为探索量子信息处理、发展相关的量子控制手段和关键量子器件的设计奠定了基础，而且对量子光学的学科发展具有重要的推动作用。