激光冷却、原子光学与量子调控技术的突破，使原子温度可被冷却至纳开尔文（nK）量级，形成高度可控的超冷原子气体。这一体系为研究量子多体物理、开展量子模拟以及实现高精度量子测量和实用型量子计算机提供了理想平台，现已成为量子物理领域的前沿核心方向之一。同时，冷原子系统的相关研究也为量子信息、量子化学和凝聚态物理等多个领域提供了重要的基础。

北京大学冷原子物理与精密测量（Cold Atom Physics and Precision Measurement,简称CAP小组）研究组基于冷原子与超冷原子体系，重点开展以下三个方向的研究：

1.基础研究：(1)玻色-爱因斯坦凝聚/费米简并系统；(2)光晶格中的低维系统与临界物理；(3)光晶格高轨道的新奇物相。

2.精密测量：(1)空间超冷原子物理平台；(2) 小型化光抽运铯原子钟；(3)小型化原子重力仪；(4)原子陀螺仪。

3.量子计算：(1)里德堡阵列量子计算平台；(2)光晶格轨道量子计算平台。

CAP组的主要成果如下：

(1) 基于光晶格超冷玻色原子系统，本团队发展了一套光晶格高能带制备技术，在光晶格高能带领域取得了一系列研究成果，发现了滑动超流相、三重向列相等高轨道新奇物相，探索了高轨道的散射动力学、输运动力学、低维量子气体的新奇物理性质等一系列问题。

(2) 2023年，本团队成功研制北大首个基于⁶Li费米子的量子模拟实验平台，其特色化的光晶格设计与精确的磁场调控技术，为强关联费米体系研究提供了全新实验手段。

(3) 北京大学冷原子科学实验团队和中科院上海光机所的工程团队密切配合，十年如一日，历经七年艰苦攻关与三年持续优化，最终完成了超冷原子柜并成功随梦天舱发射。它在太空中的温度可以比地面低2至3个数量级，进入pK甚至fK量级。利用这种极低温的第五种物质形态，可以对量子力学存有争议的问题进行探索，对爱因斯坦等效原理进行更高精度的检验，对超轻暗物质进行探测等。

(4) 本团队发展了一套适用于光晶格体系的量子蒙特卡洛算法，该算法能够在有限温条件下精确捕捉低维系统中的量子涨落与临界行为，为冷原子实验中对临界现象的观测提供了可比对的理论框架。

(5)本团队长期从事光抽运铯原子钟的研究，经过近20年的深耕探索，如今频率稳定度指标达到短期6.8×10^(-13)@1秒，长期4.8×10^(-15)@10万秒，超过美国GPS上所用铯钟（5071A优质管）5倍，在国际守时铯钟领域已处于领先水平，成功突破超高精度原子钟技术。

(6) 利用移动光晶格的Ramsey-Bordé冷原子干涉仪实现重力加速度的高精度测量，原子的竖直位移和通常的马赫-曾德尔型原子重力仪相比减小了两个量级，且系统极限分辨率与传统重力仪处于同一水平，具备同时实现高精度和小型化的潜力。

(7) 本团队成功研制国内首台基于超冷原子的轨道导引干涉陀螺仪。该装置创新性地采用了BEC原位转移、磁轨道导引、Bragg脉冲干涉等关键技术，实现了原子波包的精确操控与干涉测量。系统目前达到的角速度测量灵敏度为1×10⁻⁵ rad/s量级，为下一代高精度惯性导航系统的研制奠定了重要的技术基础。