量子測量技術獲突破 中科大開展暗物質搜尋工作

量子測量旨在利用量子資源和效應，實現超越經典方法的測量精度，是原子物理、物理光學、電子技術、控制技術等多學科交叉融合的綜合技術。今年9月，中國科學技術大學中國科學院微觀磁共振實驗室彭新華教授、江敏副教授團隊曾在該領域收獲了重要突破，成功制備出具有協同效應的原子核自旋，使核自旋相干時間延長到9分鐘，并觀測到協同自旋對極弱磁場的量子放大現象。

　　量子相干性是量子力學中的一個重要概念，它描述了量子系統中粒子之間的相互作用和干涉效應。在量子世界中，粒子的狀態可以用波函數來描述，而量子相干性指的就是這些波函數之間的關聯和相互作用。簡單來說，它反映了量子系統中不同狀態之間的協同和同步程度。而在實際應用中，，局部噪聲和磁場不均勻性等不利因素都會影響量子系統的相干性，從而減少相干時間，影響到量子測量的精準性。

　　彭新華教授、江敏副教授團隊提出的基于協同自旋的量子相干增強技術則解決了這一難題。協同自旋之間存在一定的關聯性，能夠相互感知這使得單個核自旋可以根據集體的狀態校正自身的相位誤差，終達到增強自旋相干時間的效果。而實驗結果則表明，該技術能將核自旋的相干時間從約30秒延長到約540秒。在此基礎上進一步推進，成功將磁場測量的靈敏度突破了堿金屬原子的標準量子。

　　而就在這個月11日，彭新華教授、江敏副教授團隊再次獲得了新的突破，團隊成功利用量子測量技術在軸子暗物質探測方面取得重要進展，成功在“軸子窗口”內開展了軸子暗物質的直接搜尋實驗，將國際上的探測界限提升了至少50倍。

　　據悉，在此次工作中，研究人員利用了兩個相距60毫米的化氙-129原子系綜，在軸子窗口內探測軸子暗物質誘導的自旋相關相互作用，其中一個作為自旋傳感器，另一個作為自旋源。與此同時為了提高自旋的化度或者探測靈敏度，研究人員在氙-129原子系綜內混入堿金屬Rb，成功實現了對原子系綜化矢量信號高達145倍的放大，構建了一個超靈敏的軸子暗物質探測器。

　　此外研究人員還設計了磁屏蔽系統來磁場信號的干擾，采用濾波技術來提高軸子暗物質信號的信噪比。根據中科大新聞網報道內容顯示，該團隊終成功在軸子窗口內給出了迄今為止強的中子-中子耦合界限，創造了新的國際紀錄，展現出量子測量技術在暗物質探測領域的巨大潛力。