南方科技大学冷原子离子阱实验室

项目情况：

南方科技大学（简称“南科大”）成立于2012年，是深圳举全市之力创办的一所高起点、高定位的公办创新型大学。学校物理系、量子科学与工程研究院在冷原子、离子阱、量子模拟等前沿领域处于国内领先水平。近年来新建的冷原子离子井实验室隶属于量子科学与工程研究院物理系，是开展量子计算、量子模拟、精密测量等研究的关键平台。该类实验室利用激光冷却与陷俘技术，将原子或离子束缚在超高真空中，通过精密的电磁场操控其量子态。

施工难点：

1.超高洁净度与低颗粒物控制：冷原子实验对光学元件污染极其敏感，空气中的颗粒物会散射激光，影响原子操控。需达到ISO 5级（百级） 甚至更高洁净度。

2.极低振动控制：离子阱实验对机械振动极为敏感，任何微振动都会导致离子加热。需达到VC-D级（振动速度≤6μm/s） 甚至更严的隔振标准。

3.超高真空环境：离子阱需维持在10⁻¹¹ mbar的超高真空，对腔体材料、密封工艺、烘烤系统要求极高。

4.电磁屏蔽与磁场稳定性：离子阱量子比特对磁场波动极其敏感，需要极低的磁场噪声和地球磁场补偿。

5.激光稳定性与环境控制：冷原子实验需要大量窄线宽激光，对实验室温度、湿度、气流稳定性要求极高。

6.多系统协同与复杂管线布局：实验涉及真空系统、激光光路、电磁线圈、低温系统等，管线密集，空间布局难度大。

解决方案：

1.百级洁净室设计：采用垂直层流送风天花，高效过滤器满布率≥80%；墙面采用不产尘、抗静电的彩钢板或医疗洁净板；所有缝隙密封处理；施工过程严格执行洁净施工规范，防止隐蔽污染。

2.独立地基+主动隔振：实验平台设置独立基础，与建筑结构分离；采用主动隔振平台支撑光学平台；楼板进行加厚处理，避免环境振动传递。

3.真空腔体设计与烘烤：采用无磁不锈钢（如316LN）或钛合金腔体，全焊接结构，无泄漏；安装真空烘烤套件，对腔体进行原位烘烤除气；配备离子泵、钛升华泵等获得超高真空。

4.多层磁屏蔽+有源补偿：实验区域设置坡莫合金或多层μ金属屏蔽筒，抵消外界磁场干扰；安装三轴亥姆霍兹线圈进行主动磁场补偿，实现纳特斯拉级稳定度。

5.恒温恒湿+激光隔离：实验室温度波动控制在±0.1℃以内，湿度恒定；激光系统放置在独立的光学平台上，用遮光罩隔离气流扰动；光纤传输激光至原子区域，减少环境干扰。

6.BIM技术优化布局：采用BIM软件进行三维管线综合设计，预留设备安装空间和检修通道；采用模块化设计，便于未来升级改造。

服务成果：
①支撑国际前沿量子研究：为量子计算、量子模拟、精密测量等方向提供世界一流的实验平台，助力南科大在量子科学领域取得突破性成果。

②促进学科交叉与协同创新：吸引物理、材料、信息等领域科学家合作，推动量子技术从基础研究向应用转化。

③服务国家战略需求：量子科技是国家“十四五”规划及中长期科技发展战略重点，实验室产出将助力我国抢占量子科技制高点。

④培养高层次人才：实验室将成为研究生、博士后开展高水平实验的基地，培养量子科技领域的未来领军人才。

⑤提升深圳及粤港澳大湾区科研影响力：作为大湾区量子科学中心的重要组成部分，实验室将增强区域科技创新能力。