中国科大搭建全球首个核自旋量子传感网络 推动暗物质搜寻由“单点试探”迈向“协同验证”

在人类探索宇宙的征程中,暗物质始终是困扰科学界的重大谜题。

现代天体物理学研究表明,可见物质仅占宇宙总质量的4.9%,而暗物质占比高达26.8%。

这类神秘物质虽不发光、不参与电磁作用,却通过引力维系着星系运转,堪称宇宙结构的"隐形骨架"。

传统探测手段面临根本性挑战。

作为暗物质候选粒子,轴子可能形成拓扑缺陷的"暗物质墙",当地球穿越时会产生极微弱信号。

这种信号强度仅相当于在嘈杂环境中识别一片雪花落地的声响,现有技术难以捕捉。

中国科大彭新华、江敏团队创新性地将量子精密测量与网络化探测相结合。

研究团队突破两大技术瓶颈:首先利用核自旋相干态将信号捕获窗口延长至分钟级;其次开发量子放大装置,使信号强度提升百倍。

更具开创性的是,团队在合肥与杭州部署五台量子传感器,通过卫星授时构建协同探测网络,利用"多地比对"机制有效过滤噪声干扰。

实验数据显示,新系统在部分质量区间的探测精度比超新星天文观测高出40倍,创下实验室环境对轴子暗物质的最严格限制标准。

这一突破不仅验证了量子技术在基础物理研究中的独特优势,更开辟了"地面实验室挑战宇宙观测"的新范式。

据项目组透露,下一步将推动量子传感网络的全球化部署,计划通过空间组网将灵敏度再提升万倍。

该技术路线还可与引力波探测装置形成互补,为多信使天文学研究提供全新平台。

国际同行评价指出,中国团队的创新方法有望催生粒子物理研究的范式变革。

暗物质的探寻是人类认识宇宙的重要课题,也是基础物理研究的重大挑战。

中国科大团队的这一突破,不仅在暗物质探测精度上实现了重要跨越,更重要的是开创了一种全新的探测思路——将量子精密测量与网络化部署相结合,充分发挥了现代信息技术与基础物理研究的融合优势。

这项成果充分体现了我国在量子科技领域的创新能力,也预示着随着"量子探测网"的不断扩展和完善,人类距离揭开宇宙暗物质之谜的目标将越来越近。