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量子精密测量技术获突破 中科大开展暗物质搜寻工作
2024年11月12日 14:22:17
来源：化工仪器网 作者：小王 点击量：5144
量子相干性是量子力学中的一个重要概念，它描述了量子系统中粒子之间的相互作用和干涉效应。在量子世界中，粒子的状态可以用波函数来描述，而量子相干性指的就是这些波函数之间的关联和相互作用。简单来说，它反映了量子系统中不同状态之间的协同和同步程度。而在实际应用中，，局部噪声和磁场不均匀性等不利因素都会影响量子系统的相干性，从而减少相干时间，影响到量子精密测量的精准性。
【化工仪器网 行业百态】量子精密测量旨在利用量子资源和效应，实现超越经典方法的测量精度，是原子物理、物理光学、电子技术、控制技术等多学科交叉融合的综合技术。今年9月，中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授、江敏副教授团队曾在该领域收获了重要突破，成功制备出具有协同效应的原子核自旋，使核自旋相干时间延长到9分钟，并观测到协同自旋对极弱磁场的量子放大现象。
量子相干性是量子力学中的一个重要概念，它描述了量子系统中粒子之间的相互作用和干涉效应。在量子世界中，粒子的状态可以用波函数来描述，而量子相干性指的就是这些波函数之间的关联和相互作用。简单来说，它反映了量子系统中不同状态之间的协同和同步程度。而在实际应用中，，局部噪声和磁场不均匀性等不利因素都会影响量子系统的相干性，从而减少相干时间，影响到量子精密测量的精准性。
彭新华教授、江敏副教授团队提出的基于协同自旋的量子相干增强技术则解决了这一难题。协同自旋之间存在一定的关联性，能够相互感知这使得单个核自旋可以根据集体的状态校正自身的相位误差，最终达到增强自旋相干时间的效果。而实验结果则表明，该技术能将核自旋的相干时间从约30秒延长到约540秒。在此基础上进一步推进，成功将磁场测量的灵敏度突破了碱金属原子的标准量子极限。
而就在这个月11日，彭新华教授、江敏副教授团队再次获得了新的突破，团队成功利用量子精密测量技术在轴子暗物质探测方面取得重要进展，成功在“轴子窗口”内开展了轴子暗物质的直接搜寻实验，将国际上的探测界限提升了至少50倍。
据悉，在此次工作中，研究人员利用了两个相距60毫米的极化氙-129原子系综，在轴子窗口内探测轴子暗物质诱导的自旋相关相互作用，其中一个作为自旋传感器，另一个作为自旋源。与此同时为了提高自旋的极化度或者探测灵敏度，研究人员在氙-129原子系综内混入碱金属Rb，成功实现了对原子系综极化矢量信号高达145倍的放大，构建了一个超灵敏的轴子暗物质探测器。
此外研究人员还设计了磁屏蔽系统来抑制磁场信号的干扰，采用最优滤波技术来提高轴子暗物质信号的信噪比。根据中科大新闻网报道内容显示，该团队最终成功在轴子窗口内给出了迄今为止最强的中子-中子耦合界限，创造了新的国际最佳纪录，展现出量子精密测量技术在暗物质探测领域的巨大潜力。
目前关于协同量子精密测量技术以及利用量子精密测量技术开展暗物质搜寻工作的相关成果，均已发表于《物理评论快报(Physical Review Letters)》上。
(参考资料来源：中国科学技术大学新闻）
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