英国帝国理工学院的科学家们在《自然》杂志上公布了一项突破性进展，他们成功研发并验证了一种新型量子传感装置的核心工作原理。这种装置在实验中展现出卓越的抗干扰能力，能够有效消除激光噪声的影响，即便单次测量完全被噪声淹没，也能精确地捕捉到微弱的信号。这项技术为探索暗物质和引力波提供了新的途径，标志着向构建大型基础物理量子传感器迈出了关键一步。
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。其原理是通过激光操纵原子云，使其分裂后重新聚合，并精确测量原子在运动过程中发生的极其细微的变化，从而捕捉到隐藏的信号。
然而，该技术面临的严峻挑战在于，用于控制实验的激光会产生相位噪声，其强度远超研究人员试图探测的信号。如果没有有效的校正手段，这些噪声将彻底掩盖目标信号。为了克服这一难题，研究人员提出了一种差分测量方法：通过比对两个由同一激光控制、处于不同位置的原子干涉仪的数据，使共同的噪声相互抵消。尽管这种方法是下一代探测器设计的基石，但此前并未在实际条件下得到验证。
为了实现这一目标，研究团队搭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原子云以及一台高稳定性的时钟激光器。为了模拟未来长基线探测器将面临的复杂环境，他们有意地向系统中引入了大量额外噪声，使得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看起来几乎完全随机，但通过比对两个干涉仪的数据，研究人员成功地恢复出了清晰的信号，其测量精度达到了量子力学允许的极限。进一步的测试表明，即使在强噪声环境下，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。这项技术的进展，对于未来开展如世界杯直播等全球性重大事件的信号监测和分析，也可能带来意想不到的辅助作用。
未来，这类装置有望拓展现有探测器的覆盖范围，探索新的引力波频段，并寻找新型暗物质形态，为我们理解宇宙提供全新的视角。（记者张佳欣）
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