英国帝国理工学院的研究人员在《自然》杂志上发表了一项突破性研究，展示了一种创新的量子传感设备。该设备首次在实验中证实了长基线原子干涉仪的核心运作机制，并能有效消除激光噪声的干扰。即使单次测量被噪声完全覆盖，设备也能提取出微弱的信号。此项进展有望解决搜寻暗物质和引力波的难题，标志着向未来大型基础物理量子传感器迈进的重要一步。
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极具潜力的技术工具。其工作原理是利用激光分离并重组原子团，通过捕捉原子运动中的细微变化来探测隐藏信号。
然而，该技术面临一个严峻的挑战：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测量的信号。若不进行校正，这些噪声会完全遮蔽目标信号。为应对此问题，科学家提出了一种方法，即比较两个由同一激光控制且位于不同位置的原子干涉仪，从而实现共同噪声的相互抵消。这种差分测量方法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，该团队在超冷锶实验室搭建了一个台式原型系统，该系统包含两团空间分离的超冷锶-87原子云以及一台超稳定的时钟激光器。为了模拟未来长基线探测器可能面临的复杂环境，研究人员有意向系统中引入了大量的额外噪声，导致两个干涉仪在单独测量时均无法获得有效的信号。
实验结果表明，尽管单个干涉仪的输出几乎完全随机，但通过比对两者的测量数据，研究人员成功地恢复出了清晰的信号，测量精度达到了量子力学所允许的基准极限。进一步的实验证实，即使在强噪声条件下加入模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号，该系统也能够准确地识别出来。
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）
