世界首个量子传感技术用于探测暗物质的实际行动

最近中国科学技术大学自旋磁共振实验室的彭新华教授和江敏教授带着他们的团队干了件大事,在合肥跟杭州两地弄出了个分布式量子传感网络。这可是世界上第一个把量子传感技术用于探测暗物质的实际行动。宇宙里头,咱们肉眼看得见的东西只占了4.9%,剩下那26.8%全是暗物质。这种东西看不见也摸不着,不发光也不跟电磁波打交道,光靠引力就把星系摆弄成了今天这个样子,所以叫“隐形组成部分”。有个叫“轴子”的假想粒子挺受科学家待见,大家觉得它可能在宇宙中形成一堵堵很大的“墙”。当地球钻过这种墙的时候,轴子里的小粒子就可能给量子传感器里的原子核发出一点点极微弱的信号。但要想抓住这种信号太难了,对仪器的灵敏度要求特别高。研究团队就从量子信息处理里找灵感,给传感器装上了两样绝活:一个是把信号暂时存进核自旋状态里,让大家能听上个好几分钟;另一个是用他们自己发明的量子放大器,把本来微弱得几乎听不见的声音放大了差不多一百倍。这就好比在一大堆嘈杂声里,咱们既把耳朵伸得老长老长(延长倾听时间),又把耳朵磨得特别尖(听清细节)。更牛的是,他们把五台特别灵敏的量子传感器分别放在合肥跟杭州的实验室里,靠着卫星对时把这两个地儿连起来。这样一来就不用怕当地环境的随机噪声了,因为真实的信号在所有站点上出现的时间都是前后相关的。经过两个月的不停观察,虽然还没直接撞见“暗物质墙”经过的事儿,不过在好几个质量区间的测量结果都比之前天文学上用超新星看出来的还要精确大概40倍。这说明咱们在实验室的探测水平已经能压住天文学的手段了。这次的成功不光给以后找轴子立了个新的标准,也证明了这种分布式的量子传感网络在研究基本物理问题上有大潜力。它不光能帮咱们找暗物质墙或者引力波,以后说不定还能去看地下有没有水或者地壳是怎么动的。就像研究人员说的那样,这项工作相当于给人类探索宇宙的工具箱里又加了一把非常精准的量子利器。这也展示了中国科学家在冲科技最前沿、搞原创性研究方面迈出了很扎实的一步。