自从“量子”的概念建立以来，量子物理一直是一个神奇的领域，它有别于我们看得见，摸得着的经典世界。然而要直接触及量子世界却面临着不小的挑战，它通常隐藏于极低的温度和极小的尺度。Wolfgang Ketterle 在他 2002 年诺 贝尔获奖感言中提到:“在过去一个世纪中，物理学家一直被获得更低温度的前景诱惑着，而走向绝对零温的每一步进步都带来了新奇和丰富的物理。”在这样一个背景下，经过许多人的不懈努力，在 20 世纪 90 年代，实验工作者们利用光学粘团(optical molasses)和蒸发冷却(evaporative cooling) 技术成功 地将原子气体的温度降到了 μK 量级。在1995年，量子兼并的玻色原子 气体——玻色-爱因斯坦凝聚体(Bose-Einstein condensate) 终于首次在实验中得到了实现，从而打开了通向量子世界的一扇大门。

      超冷原子气体作为宏观量子态，是非常具有优势的进行量子模拟的理想平台；相对于其他物理体系来说，超冷原子自有其独特的性质。首先，量子兼并的超冷原子气体是一种非常纯净的体系。它不像一般的凝聚态系统都或多或少含有缺陷和杂质，而且在极低温下，热扰动的影响受到了很大的限制，量子效应得到了充分的凸显。如此我们就可以摒除一些不相关因素的影响，在充分的实验精确度下模拟和观测我们感兴趣的物理现象。另一个方面，随着实验技术的迅速发展，现今超冷原子体系的许多参数都能很容易地得到精确的调控。重要的实例包括利用光晶格来降低体系的维度或改变体系的空间对称性，利用 Feshbach 共振技术来调节原子间的散射长度，以及近年来迅速发展起来的单原子成像和操控。这些实验技术的发展使得我们可以方便地调控体系的物理性质，以达到我们所需要的模拟条件。

      得益于近年来量子操控技术的巨大发展以及新概念和新方法的应用，基于超冷原子的量子物态研究正呈现出蓬勃发展的势头，比如实现了玻色爱因斯坦凝聚体、费米子极化超流、极化子、莫特绝缘态、多原子纠缠态、拓扑绝缘体、巡游铁磁性、外尔费米子、SU(N)费米子、超固态等各种新奇的量子物态。