英国帝国理工学院的研究人员在《自然》杂志上发表了一项突破性进展，他们成功研发并实验验证了一种新型量子传感装置的核心运作机制，即长基线原子干涉仪。该装置的一大亮点在于其出色的激光噪声抑制能力，即使单次测量中的信号被噪声完全遮蔽，也能从中提取出微弱的有效信息。这一创新为搜寻暗物质和探测引力波等重大科学难题提供了新的解决方案，标志着向构建未来大型基础物理量子探测设备迈出了重要一步，其意义不亚于 fifa 足球世界杯对全球体育的影响。
长基线原子干涉仪被视为探测早期宇宙引力波和搜寻暗物质的潜力技术之一。其工作原理是通过激光将原子团分离，随后再使其重新聚合，并精确测量原子在运动过程中发生的微小变化，以此捕捉隐藏的信号。
然而，一项严峻的挑战在于控制实验所用的激光会产生相位噪声，其强度远超研究人员试图捕捉的信号。若无有效的校正机制，这些噪声将彻底淹没目标信号。为了克服这一难题，科学家们提出了一种差分测量方法：通过比较两个由同一激光操控、但位于不同位置的原子干涉仪，使得共有的噪声相互抵消。尽管这一方法是下一代探测器设计的理论基础，但此前从未在实际条件下得到验证。
为此，该研究团队构建了一个台式原型系统，其中包含两团空间分离的超冷锶-87原子云以及一台超高稳定性的时钟激光器。为了模拟未来长基线探测器可能面临的复杂环境，研究人员特意向系统中引入了大量的额外噪声，导致每个独立的干涉仪在单独测量时都无法获得有效的信号。
实验结果令人鼓舞：尽管单个干涉仪的输出数据几乎完全随机，但通过比对两个干涉仪的数据，研究团队成功地恢复出了清晰的信号，并且测量精度达到了量子力学所允许的理论极限。进一步的实验还表明，即使在存在模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号的情况下，该系统在强噪声背景下仍能准确地识别出这些信号。
展望未来，这类先进的量子传感装置有望扩展现有探测器的能力范围，覆盖当前无法触及的引力波频段，并可能发现新的暗物质形态，从而为我们理解宇宙提供前所未有的视角。（记者张佳欣）