意大利的里雅斯特大学ArQuS实验室与意大利国家研究委员会国家光学研究所的研究人员，首次在意大利实现了对单个冷原子捕获态的成像观测，所采用的技术将单原子探测推向了全新的性能领域。
通过将强烈的微秒级荧光脉冲与快速再冷却相结合，该团队实现了单个镱原子的创纪录速度、低损耗成像——仅需几微秒即可捕捉清晰的单原子信号，同时保持超过99.5%的原子被困住且可立即重复使用。
该方法使研究人员能在单个光学镊子中清晰区分多个原子，避免显著模糊现象，从而实现精准的原位原子计数，突破现有技术“零或一”二元检测的局限。这项能力对扩展中性原子量子计算机规模、推进新一代原子钟研发、增强探测复杂多体物理的量子模拟器至关重要。
“拍摄极微弱光源——无论是遥远天体还是单个原子——通常需要长时间曝光，以收集足够光子使其脱离背景噪声，”的里雅斯特大学副教授、ArQuS实验室负责人弗朗切斯科·斯卡扎解释道。
“我们的研究采用了类似相机闪光灯的全新策略：通过极短时间内对原子进行强光照射，既能获取足够信号清晰区分每个原子，又能大幅缩短成像时间。”
该方法的超快荧光脉冲辅以快速冷却步骤。“我们的技术基于这样一个事实：原子在成像过程中会吸收能量，但不足以逃离光学陷阱，”的里雅斯特大学物理学博士生亚历山德罗·穆齐·法尔科尼补充道。
“借助短而强烈的荧光脉冲，我们能在仅百万分之一秒内实现无损原子探测——这比常规采集速度快约千倍。随后快速冷却脉冲清除多余能量，使我们能够反复成像同一组原子。”
该团队还首次实现了费米子同位素镱-173的单原子成像，该同位素具有六个内部基态能级。这为基于量子位而非量子比特构建量子电路开辟了道路，可实现更高效的量子信息存储与处理。
