在宇宙布下“监听系统”！我国新增量子神器

据中国科学技术大学网站消息，该校彭新华教授和江敏教授团队革新了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，如同布下宇宙信号“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。相关成果1月29日发表于学术期刊《自然》。

“宇宙由何组成？”是Science列出的125个科学问题之一。当前研究表明，在宇宙的物质构成中，普通可见物质仅占约4.9%，而暗物质则占据约26.8%的比例。然而，暗物质的微观本质仍然是现代物理学的一大谜团。

轴子是当前理论动机最强的暗物质候选粒子之一，其构成的场在宇宙早期相变中可能产生拓扑缺陷（topological defect）——这是一种类似宇宙弦或畴壁的、具有稳定结构的宏观“褶皱”。当这种结构穿越地球时，会与地面上部署探测器中的原子核自旋发生相互作用产生旋转信号。然而，由于信号极其微弱且持续时间短，这对探测技术提出了极高要求。

研究团队创新性地发展了核自旋量子精密测量技术，原理性突破了惰性气体原子（129Xe）核自旋对瞬时信号的响应探测难题，将微秒级别的暗物质拓扑缺陷结构信号“存储”到接近分钟级别的核自旋相干态中，同时结合自主提出的核自旋量子放大技术，将微弱信号放大了至少100倍，自旋旋转探测灵敏度达到约1微弧度，相比之前实验室探测技术，其灵敏度提高约4个量级。

图A：宇宙构成成分图；

图B：基于城际量子传感网络的暗物质搜寻。拓扑缺陷轴子暗物质在宇宙中会形成能量高度集中的致密结构，犹如一堵“暗物质墙”。当地球在银河系中以约10-3光速运动并穿越这类结构时，部署的城际量子传感器网络便能对其进行探测。 中国科学技术大学

为进一步提升探测灵敏度、抑制局部噪声并排除单站式探测盲区，团队建成了基于核自旋的城际量子传感网络。该网络由分布于合肥-杭州的五台自主研发的核自旋量子传感器组成，利用卫星同步实现跨度为320公里的分布式量子传感，构成了一个超灵敏的暗物质信号鉴别系统。长基线使得真实暗物质事件在不同节点间会产生可分辨的信号延迟与相位差，结合多节点数据的三维拟合，能有效抑制局部干扰，成功将误报率降低约三个数量级。相较于国际上已有的基于碱金属传感器的GNOME探测计划，该新型核自旋探测网络的能量分辨率提升了约4个量级，为拓扑缺陷暗物质提供了更强大的探测工具。

通过连续2个月的观测与量子传感网络数据关联分析，研究团队未发现统计显著的拓扑缺陷穿越事件。基于此“无信号”结果，团队在轴子质量10 peV至0.2 μeV的宽广范围内，给出了迄今最严格的轴子-中子耦合实验室限制。尤其在84 peV附近，耦合尺度上限达4.1×1010GeV，比超新星SN1987A的天体物理限制高出40倍，在该质量区间实现了实验室探测对天文观测的超越，为探索天文观测以外的物理参数空间提供了手段。

概念图：基于城际量子传感网络的暗物质搜寻图。

此项研究不仅为拓扑缺陷暗物质探测提供全新途径，其发展的网络化探测架构与信号处理方法，也为搜寻轴子星、轴子弦等更多超越标准模型的瞬态新现象开辟了新方向。此类传感器网络可与引力波天文台等设施协同，构成多信使观测网络，捕捉双黑洞并合等极端天体事件可能释放的轴子辐射，开启探索暗物质与宇宙极端事件关联的新窗口。团队计划通过全球组网、空间部署【Natl. Sci. Rev. 12, nwaf389 (2025)】及发展新一代的惰性气体核自旋量子传感技术，将探测灵敏度再提升10⁴倍，迈向更深远的物理前沿。

审稿人对此项工作给予了高度评价：“这项工作为探索粒子物理和天体物理领域的热点课题提供了一个及时而强大的工具，将在相关领域激发新的研究浪潮。”

近年来，随着AI技术的迅猛迭代与全球科技竞争的日趋激烈，量子科技作为新一轮科技革命的核心潜力领域，其发展价值与战略意义愈发凸显。在AI主导的技术浪潮下，量子科技如何找准定位、发挥独特优势，成为科技界与产业界共同关注的重要议题。

1月18日，夸密量子创始人、科普作家张文卓出席观察者网“答案秀”活动，围绕自身深耕量子领域的从业经历、对量子科技发展脉络的深度洞察，以及AI时代量子科技的发展定位，系统阐述量子科技在拓展人类数据安全与智能感知边界中的核心价值。

张文卓出席观察者网“答案秀”活动 观察者网

张文卓表示，我国“十五五”规划把量子科技排在未来六大产业之首，放在具身智能、生物制造、核能、氢能等之前；同时2026年也是量子力学最著名的薛定谔方程提出100周年。所以2026年会延续“量子科技年”的脉络，而且更可能是真正意义上量子科技突飞猛进的一年。

谈及量子测量，张文卓指出，未来大国博弈里，量子精密测量与量子传感会非常重要；包括量子磁强计等，在探矿、雷达、生物人体（心磁、脑磁等微弱磁场信号）上都可能发挥优势，达到过去精密测量做不到的精度。

“在AI时代，量子计算机是遥远的梦想；量子通信与量子密码学拓展了数据安全的边界；量子传感与精密测量拓展了智能感知的边界。这就是现在量子科技在AI时代的位置。”张文卓总结道。

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