中国科学家建量子传感网络提升探测灵敏度万倍

彭新华教授和江敏教授率领的中国科学技术大学团队,把科研重点放到了核自旋量子传感网络的建设上,这给暗物质探测领域带来了重大进展。宇宙中的可见物质只占大约4.9%,而暗物质的比重高达26.8%。团队在合肥和杭州之间布下五台自主研发的核自旋量子传感器,在这320公里长的地域上建起了一个量子传感网络。为了实现高精度的同步,他们利用了卫星技术,让各个传感器之间能够协同工作。当疑似暗物质事件发生时,不同节点接收到的信号会因为时间差和相位差形成独特的关联特征,通过三维拟合算法就能有效抑制环境噪声,把误报率降低了三个数量级。在SN1987A这颗超新星附近进行的观测中,他们给出了国际上最严格的轴子-中子耦合强度实验室上限。在84皮电子伏特附近,这种限制精度比天体物理观测结果高出40倍。这个结果显示出地面精密测量实验有能力独立探索天文手段无法触及的物理参数空间。彭新华团队还开发了创新的测量技术,通过量子相干态存储和自主研制的量子放大技术,把微秒级信号延长到分钟量级,并将信号放大百倍以上。这样一来探测灵敏度提升了四个数量级,达到了约1微弧度的水平。 这个传感网络还有其他用处:它不仅能搜寻轴子星和宇宙弦这些超越标准模型的瞬态现象,还能与引力波天文台等大科学装置协同工作。团队在两个月的观测中没有发现统计显著的拓扑缺陷穿越事件,但这并不是没有价值:它让人们能在更广的范围内限制轴子-中子耦合强度。未来他们打算通过全球组网、空间部署和发展新一代核自旋传感技术来进一步提升探测灵敏度万倍。彭新华教授说这项工作为探索粒子物理与天体物理热点课题提供了及时而强大的工具,也为人类认知宇宙点亮了一盏属于中国的量子之灯。