中国科研团队实现量子增强暗物质搜寻新突破

深圳，4月30日电——在中国科学院院士俞大鹏的带领下，深圳国际量子研究院的研究员徐源、刘松与北京大学教授舒菁合作，在暗光子暗物质搜寻领域取得了重要的实验进展。这一突破性研究成果于4月29日发表在《物理评论快报》上。

研究团队通过开发基于四脚薛定谔猫态的探测方案，在高品质因子铌基超导微波谐振腔中实现了量子增强的暗物质搜寻。这项研究为下一代高灵敏度暗光子暗物质搜寻实验奠定了重要的技术基础。

暗物质的神秘面纱

暗物质是宇宙的重要组成部分，尽管其存在性已被诸多天文学和宇宙学的观测证据所证实，但其微观性质仍是现代物理学中的一大未解之谜。暗光子作为一种假设的轻质量暗物质粒子，近年来引起了广泛关注。

研究团队开发的量子增强探测器用于探测弥漫在空间中的超轻波动性暗光子暗物质。通过探测谐振腔中光子产生速率，研究人员可以推算出暗光子动力学混合角的上限。

该研究的核心在于基于四脚薛定谔猫态的探测实验方案。四脚猫态的模四宇称性质使探测器具备区分光子产生信号和谐振腔单光子丢失错误的能力，从而提升了光子探测的信噪比。

研究团队成功制备出高保真度的四脚薛定谔猫态作为探测初态，并利用重复的量子非破坏性宇称测量以及隐马尔可夫模型分析等手段对探测器进行了系统表征。实验结果显示，相比于真空态，光子产生速率提升了高达8.1倍。

在实验中，团队通过测量暗物质的相干积分信号，实现在6.44 GHz频率下对暗光子动力学混合角高达7.32×10^-16的限制。此外，研究团队开发了基于失谐边带驱动的频率调节方法，并应用于暗光子暗物质的扫频探测。

通过不同频率下测得的光子产生速率联合分析，研究人员进一步压低了背景噪声，实现了在100 kHz频率范围内的高灵敏度暗物质搜寻，获得了10^-16量级的暗光子动力学混合角限制，优于之前相关研究结果1个数量级以上。

“这一成果有望进一步推动量子增强精密测量技术在未来暗物质搜寻等前沿基础物理领域中的重要应用。”

随着这一研究的进展，量子增强技术在暗物质搜寻中的应用前景广阔。未来，这一技术可能在更大范围内的基础物理研究中发挥关键作用。