1月29日，中科大自旋磁共振實驗室彭新華教授和江敏教授團隊在《自然》雜志發(fā)表最新研究成果：他們革新核自旋量子精密測量技術，成功搭建國際首個基于原子核自旋的量子傳感網絡，連接合肥與杭州，讓暗物質探測靈敏度實現(xiàn)質的飛躍，為搜尋宇宙“隱形鄰居”提供突破性工具。

在浩瀚宇宙中，我們肉眼可見的恒星、行星等普通物質，僅占宇宙總質量的4.9%。而占比高達26.8%的暗物質，就像一位“隱形鄰居”——它不發(fā)光、不與普通物質發(fā)生電磁相互作用，卻能通過引力影響星系運動，是宇宙構成的關鍵部分。

基于城際量子傳感網絡的暗物質搜尋示意圖

軸子，作為暗物質的熱門候選者，其形成的場可能存在“宇宙褶皺”般的拓撲缺陷，被科學家形象地稱為“暗物質墻”。當?shù)厍虼┰竭@堵“無形之墻”時，軸子可能與量子傳感器中的原子核發(fā)生極微弱的相互作用，產生轉瞬即逝的信號。要捕捉這個信號，難度堪比在人聲喧嘩的廣場上，精準分辨出一片特定雪花落地的聲音。

為攻克探測難題，研究團隊給量子傳感器裝上兩件“硬核裝備”：一是將轉瞬即逝的信號“儲存”在接近分鐘級的核自旋相干態(tài)中，大幅延長了信號探測窗口；二是通過自研量子放大技術，將微弱信號增強一百倍，讓“蛛絲馬跡”不再難尋。

更進一步，研究團隊將五臺超靈敏量子傳感器分別部署在合肥與杭州，通過衛(wèi)星時間精確同步，構建成分布式探測網絡。其核心邏輯是“多地比對、協(xié)同驗證”：真實的宇宙信號會在各站點留下時間關聯(lián)痕跡，而局部干擾噪聲則雜亂無章、無法同步。這種組網模式能極大過濾誤報，極大強化探測結果的可靠性。

經過兩個月的持續(xù)觀測，研究團隊雖未捕捉到明確的“暗物質墻”穿越信號，卻取得了關鍵進展：在廣泛的軸子質量范圍內，給出了這一暗物質模型最嚴格的限制標準。其中部分質量區(qū)間的限制精度，比天文學家用超新星觀測的結果高出40倍，首次實現(xiàn)實驗室探測精度超越天文觀測。

研究人員表示，這一突破意味著，人類搜尋暗物質的“工具庫”中，又新增了一款更精準的“量子神器”。本次研究不僅為暗物質探測開辟了新路徑，其網絡化、分布式探測思路，未來還可與引力波天文臺協(xié)同，用于搜尋更多宇宙奧秘。

彭新華說，下一步他們將進一步擴大“量子探測網”的覆蓋范圍，通過全球組網、空間部署等方式，進一步提升暗物質探測靈敏度，繼續(xù)向解開暗物質之謎發(fā)起沖擊。