中国科大构建全球首个核自旋量子传感网络
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2026-01-30 04:01:49

中国教育报-中国教育新闻网讯(记者 方梦宇)记者近日从中国科学技术大学获悉,该校自旋磁共振实验室彭新华教授和江敏教授团队在《自然》杂志发表突破性研究成果。团队革新核自旋量子精密测量技术,成功搭建国际首个基于原子核自旋的量子传感网络。这张连接安徽合肥与浙江杭州的“量子探测网”,如同布下的宇宙信号“监听系统”,让暗物质探测灵敏度实现质的飞跃,为解开这一宇宙之谜提供了全新路径。

在浩瀚宇宙中,我们肉眼可见的恒星、行星等普通物质,仅占宇宙总质量的4.9%。而占比高达26.8%的暗物质,就像一位“隐形邻居”——它不发光、不与普通物质发生电磁相互作用,却能通过引力影响星系运动,是宇宙构成的关键部分。

轴子,作为暗物质的热门候选者,其形成的场可能存在“宇宙褶皱”般的拓扑缺陷,被科学家形象地称为“暗物质墙”。当地球穿越这堵“无形之墙”时,轴子可能与量子传感器中的原子核发生极微弱的相互作用,产生转瞬即逝的信号。要捕捉这个信号,难度堪比在沸腾的广场上,精准分辨出一片特定雪花落地的声音。

为攻克探测难题,研究团队给量子传感器装上了两件“硬核装备”:一是将转瞬即逝的信号“储存”在接近分钟级的核自旋相干态中,大幅延长了信号探测窗口;二是通过自研量子放大技术,将微弱信号增强100倍,让“蛛丝马迹”不再难寻。

更进一步,团队将5台超灵敏量子传感器分别部署在合肥与杭州,通过卫星时间精确同步,构建成分布式探测网络。其核心逻辑是“多地比对、协同验证”:真实的宇宙信号会在各站点留下时间关联痕迹,而局部干扰噪声则杂乱无章、无法同步。这种组网模式能极大过滤误报,让探测结果的可靠性达到前所未有的高度。

该研究不仅为暗物质探测开辟了新路径,其网络化、分布式探测思路,未来还可与引力波天文台协同,用于搜寻更多宇宙奥秘。目前,团队计划进一步扩大“量子探测网”的覆盖范围,通过全球组网、空间部署等方式,将探测灵敏度再提升4个数量级,持续向解开暗物质之谜发起冲击。

作者:方梦宇

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