中國科大構(gòu)建全球首個(gè)核自旋量子傳感網(wǎng)絡(luò)

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 方夢(mèng)宇）記者近日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校自旋磁共振實(shí)驗(yàn)室彭新華教授和江敏教授團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志發(fā)表突破性研究成果。團(tuán)隊(duì)革新核自旋量子精密測(cè)量技術(shù)，成功搭建國際首個(gè)基于原子核自旋的量子傳感網(wǎng)絡(luò)。這張連接安徽合肥與浙江杭州的“量子探測(cè)網(wǎng)”，如同布下的宇宙信號(hào)“監(jiān)聽系統(tǒng)”，讓暗物質(zhì)探測(cè)靈敏度實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，為解開這一宇宙之謎提供了全新路徑。

在浩瀚宇宙中，我們?nèi)庋劭梢姷暮阈恰⑿行堑绕胀ㄎ镔|(zhì)，僅占宇宙總質(zhì)量的4.9%。而占比高達(dá)26.8%的暗物質(zhì)，就像一位“隱形鄰居”——它不發(fā)光、不與普通物質(zhì)發(fā)生電磁相互作用，卻能通過引力影響星系運(yùn)動(dòng)，是宇宙構(gòu)成的關(guān)鍵部分。

軸子，作為暗物質(zhì)的熱門候選者，其形成的場(chǎng)可能存在“宇宙褶皺”般的拓?fù)淙毕荩豢茖W(xué)家形象地稱為“暗物質(zhì)墻”。當(dāng)?shù)厍虼┰竭@堵“無形之墻”時(shí)，軸子可能與量子傳感器中的原子核發(fā)生極微弱的相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)瞬即逝的信號(hào)。要捕捉這個(gè)信號(hào)，難度堪比在沸騰的廣場(chǎng)上，精準(zhǔn)分辨出一片特定雪花落地的聲音。

為攻克探測(cè)難題，研究團(tuán)隊(duì)給量子傳感器裝上了兩件“硬核裝備”：一是將轉(zhuǎn)瞬即逝的信號(hào)“儲(chǔ)存”在接近分鐘級(jí)的核自旋相干態(tài)中，大幅延長(zhǎng)了信號(hào)探測(cè)窗口；二是通過自研量子放大技術(shù)，將微弱信號(hào)增強(qiáng)100倍，讓“蛛絲馬跡”不再難尋。

更進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)將5臺(tái)超靈敏量子傳感器分別部署在合肥與杭州，通過衛(wèi)星時(shí)間精確同步，構(gòu)建成分布式探測(cè)網(wǎng)絡(luò)。其核心邏輯是“多地比對(duì)、協(xié)同驗(yàn)證”：真實(shí)的宇宙信號(hào)會(huì)在各站點(diǎn)留下時(shí)間關(guān)聯(lián)痕跡，而局部干擾噪聲則雜亂無章、無法同步。這種組網(wǎng)模式能極大過濾誤報(bào)，讓探測(cè)結(jié)果的可靠性達(dá)到前所未有的高度。

該研究不僅為暗物質(zhì)探測(cè)開辟了新路徑，其網(wǎng)絡(luò)化、分布式探測(cè)思路，未來還可與引力波天文臺(tái)協(xié)同，用于搜尋更多宇宙奧秘。目前，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大“量子探測(cè)網(wǎng)”的覆蓋范圍，通過全球組網(wǎng)、空間部署等方式，將探測(cè)靈敏度再提升4個(gè)數(shù)量級(jí)，持續(xù)向解開暗物質(zhì)之謎發(fā)起沖擊。