中新社4月30日報導，深圳國際量子研究院4月30日透露，中國科學院院士俞大鵬帶領研究員徐源、劉松，聯合北京大學教授舒菁，在暗光子暗物質搜尋領域取得重要實驗進展。
研究團隊在高品質因數鈮基超導微波諧振腔中，開發出基於四腳「薛丁格貓」(Schrodinger’s cat) 貓態的暗光子暗物質探測方案，實現量子增強的暗物質搜尋，為下一代高靈敏度暗光子暗物質搜尋實驗奠定重要技術基礎。相關成果於4月29日發表在《物理評論快報》上。
暗物質是宇宙的重要組成成分，雖然其存在性已被諸多天文學和宇宙學方面的觀測證據證實，然而它的微觀性質仍是現代物理學中的一大未解之謎。
研究團隊開發出基於高品質因數鈮基超導微波諧振腔的量子增強暗物質探測器，用於探測彌漫在空間中的超輕波動性暗光子暗物質。
研究團隊發現，當暗光子的品質與探測器的共振頻率相匹配時，暗光子將以正比於動力學混合角的概率轉化為諧振腔中的普通光子，從而被探測到。通過探測諧振腔中光子產生速率，便可推算暗光子動力學混合角的上限。
該研究開發了基於四腳薛丁格貓態的暗物質探測實驗方案，實現量子增強的高靈敏度暗光子暗物質搜尋。四腳貓態的模四宇稱性質使探測器具備區分光子產生訊號和諧振腔單光子丟失錯誤的能力，從而提升了光子探測的信噪比。
同時，研究團隊在實驗中成功製備出高保真度的四腳薛丁格貓態作為探測初態，並利用重複的量子非破壞性宇稱測量以及隱馬爾可夫模型分析等手段對探測器進行系統表徵。通過提高四腳貓態的平均光子數，實驗展示了相比於真空態提升了高達8.1倍的光子產生速率，極大地提高了暗光子探測效率。
在此基礎上，團隊開展了暗光子暗物質的搜尋實驗研究，通過測量暗物質的相干積分訊號，最終實現在6.44 GHz頻率下對暗光子動力學混合角高達7.32×10^{-16}的限制。
此外，團隊進一步開發基於失諧邊帶驅動的頻率調節方法，並應用於暗光子暗物質的掃頻探測，利用不同頻率下測得的光子產生速率聯合分析進一步壓低背景雜訊，實現了在100 kHz頻率範圍內的高靈敏度暗物質搜尋，獲得了10^{-16}量級的暗光子動力學混合角限制，優於之前相關研究結果1個數量級以上。
據悉，該成果有望進一步推動量子增強精密測量技術在未來暗物質搜尋等前沿基礎物理領域中的重要應用。
編輯 / 李斌
【巴西華人資訊網】
