量子“捕手”为寻找宇宙“隐形邻居”提供新工具

来源：新华社

记者从中国科学技术大学获悉，1月29日，中科大自旋磁共振实验室彭新华教授和江敏教授团队在《自然》杂志发表最新研究成果：他们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，连接合肥与杭州，让暗物质探测灵敏度实现质的飞跃，为搜寻宇宙“隐形邻居”提供突破性工具。

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。

基于城际量子传感网络的暗物质搜寻示意图。中国科学技术大学供图

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，难度堪比在人声喧哗的广场上，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，将微弱信号增强一百倍，让“蛛丝马迹”不再难寻。

更进一步，研究团队将五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，极大强化探测结果的可靠性。

经过两个月的持续观测，研究团队虽未捕捉到明确的“暗物质墙”穿越信号，却取得了关键进展：在广泛的轴子质量范围内，给出了这一暗物质模型最严格的限制标准。其中部分质量区间的限制精度，比天文学家用超新星观测的结果高出40倍，首次实现实验室探测精度超越天文观测。

研究人员表示，这一突破意味着，人类搜寻暗物质的“工具库”中，又新增了一款更精准的“量子神器”。本次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。

彭新华说，下一步他们将进一步扩大“量子探测网”的覆盖范围，通过全球组网、空间部署等方式，进一步提升暗物质探测灵敏度，继续向解开暗物质之谜发起冲击。（记者戴威、何曦悦）