新型量子传感装置能有效抵消激光噪声

英国帝国理工学院的科研人员在《自然》期刊上公布了一项突破性进展：他们成功研发出一种新型量子传感设备，并首次在实验中证实了长基线原子干涉仪的核心运作机制。该设备能够显著抑制激光噪声的干扰，即便单次测量数据被噪声完全覆盖，也能精确提取出微弱的信号。这项成就对于搜寻暗物质和探测引力波等关键科学问题具有重要意义，标志着向构建先进的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一种极具潜力的技术手段，用于探测早期宇宙的引力波以及搜寻暗物质。其工作原理是利用激光技术将原子团分隔开，然后再使其重新汇合，通过精确测量原子在运动过程中发生的极其细微的变化来捕捉隐藏的信号。

然而，该技术面临着一个严峻的挑战：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探测的信号。若不进行有效校正，这些噪声将完全遮蔽目标信号。为了克服这一困难，科学家们提出了一种方法：通过比对两个由同一激光源操控、但处于不同位置的原子干涉仪的测量结果，实现共同噪声的相互抵消。这种差分测量策略是下一代探测器设计的基石，但此前从未在实际环境中得到验证。

为此，该研究团队在超低温锶实验室搭建了一个台式原型系统。该系统包含两团空间上分离的超冷锶-87原子团，以及一台高度稳定的时钟激光器。为了模拟未来长基线探测器可能遇到的复杂环境，研究人员故意在系统中引入了大量的额外噪声，导致两个独立的干涉仪在单独测量时均无法获得有意义的信号。

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的状态，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所能达到的基本极限。进一步的实验证实，即使在存在模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号的强噪声条件下，该系统也能够准确地识别出这些信号。

未来，这类装置有望拓展现有探测器的能力范围，探索那些目前无法覆盖的引力波频段，并搜寻新型暗物质形态，从而为我们理解宇宙提供新的视角。（记者张佳欣）

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