中国科学家构建跨城量子网络，首次用实验室设备超越天体物理极限

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暗物质占据了宇宙物质总量的26.8%，却至今不与光相互作用。在这张无形的宇宙质量网中，轴子（Axion）被认为是最佳候选粒子之一。2026年2月，中国科学技术大学领衔的研究团队在《自然》发表成果，他们构建了跨越合肥与杭州的320公里城际核自旋量子传感器网络，不仅将探测灵敏度提升了四个数量级以上，更首次让实验室设备的约束能力超越了传统天体物理观测的极限。

轴子暗物质探测面临一个致命难题：当宇宙早期相变形成的拓扑缺陷（如宇宙弦或畴壁）扫过地球时，其与核自旋的相互作用信号仅持续微秒量级。传统探测手段根本来不及记录这般短暂的"一闪而过"。

研究团队创新性地利用核自旋量子精密测量技术，将微秒级的轴子诱导信号"存储"进长寿的核自旋相干态中。这相当于用核自旋作为一支慢放录音笔，把瞬间信号转录为分钟量级的可读信号。团队采用量子自旋放大技术，将微弱的暗物质信号至少增强了100倍。最终，传感器对自旋旋转的灵敏度达到了约1微弧度（μrad），相比此前技术提升了超过四个数量级。

单一传感器极易受到本地环境噪声的干扰。为区分真正的暗物质信号与局域噪声，团队在合肥与杭州两地部署了五个核自旋量子传感器，基线距离约320公里，通过GPS实现时间同步。

这一设计的物理逻辑在于：暗物质拓扑缺陷以接近光速穿越地球时，会同时作用于地理上分离的节点；而实验室内部的机械振动、电磁干扰等噪声则具有局域性。通过比对五个节点的关联信号与独立噪声，网络能有效筛选出真实的暗物质事件。在两个月的观测期内，团队虽未捕获到具有统计意义的拓扑缺陷穿越事件，但成功排除了大量本底干扰，建立了可靠的噪声模型。

此次实验的标志性成果在于，团队在轴子质量范围10皮电子伏特（peV）至0.2微电子伏特（μeV）内，设定了最严格的轴子-核子耦合上限——在84 peV处达到4.1×10⁻¹⁰ GeV。

中国在量子精密测量领域的投入已持续十余年。中国科学技术大学彭新华、卢征达等团队此前已在自旋量子放大、原子共磁力计等基础技术上取得突破，此次跨城网络的构建标志着从单点技术验证向分布式量子传感系统的跃迁。

与国际上美国、欧洲的单点或短基线轴子探测实验相比，中国方案首次利用城际量子网络解决了拓扑缺陷探测的空间关联验证难题。团队计划在未来将灵敏度再提升四个数量级，构建包含太空节点的全球量子传感器网络。届时，人类或将首次"听"到暗物质拓扑缺陷穿越地球时留下的确定信号，而不仅仅是设定上限。

Wang, Y., et al. (2026). Constraints on axion dark matter by distributed intercity quantum sensors. Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-10034-w