新型量子传感装置能有效抵消激光噪声

根据《自然》杂志的最新报道，英国帝国理工学院的研究人员成功研制出一种创新的量子传感设备，并在实验中首次证实了长基线原子干涉仪的核心运作方式。该装置具备强大的激光噪声抑制能力，即使在单次测量被噪声完全干扰的情况下，也能有效提取出微弱信号。这项突破性进展有望为搜寻暗物质和引力波提供关键解决方案，并且是构建未来大型基础物理量子探测器的重要一步，预示着在世界杯2026相关的科技发展中，量子技术的应用前景广阔。

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极具潜力的技术工具。其工作原理是通过激光将原子团分离，然后再使其重新聚合，并通过精确测量原子在运动过程中发生的细微变化来捕捉隐藏的信号。

然而，这项技术面临着一个严峻的挑战：用于操控实验的激光会产生相位噪声，其强度远超研究人员试图测量的信号。若无有效校正，这些噪声将彻底掩盖目标信号。为了克服这一难题，科学家们提出了一种差分测量方法，即通过比较两个由同一激光控制且位于不同位置的原子干涉仪，实现共同噪声的相互抵消。尽管这种方法是新一代探测器设计的基石，但此前并未在实际环境中得到验证。

为此，该研究团队在一个超冷锶实验室搭建了一个台式原型系统。该系统包含两团在空间上分离的超冷锶-87原子云以及一台高稳定性的时钟激光器。为了模拟未来长基线探测器所面临的复杂环境，研究人员特意向系统中引入了大量额外的噪声，导致两个独立的干涉仪在单次测量时均无法获得有效数据。

实验结果表明，尽管单个干涉仪的输出数据几乎呈现完全随机状态，但通过比对两者的测量结果，研究团队成功恢复出了清晰的信号，并且测量精度达到了量子力学所能达到的基本极限。进一步的实验验证显示，即便在强噪声背景下，该系统也能准确识别出模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号。

未来，这类装置有望拓展现有探测器无法覆盖的引力波频段，并探索新型暗物质形态，为理解宇宙开辟新的途径。（记者张佳欣）