英国帝国理工学院的研究人员在《自然》杂志上公布了一项开创性进展，他们成功研制出一种新型量子传感设备，并在实验中首次证实了长基线原子干涉仪的核心运作机制。该设备能够有效抑制激光带来的干扰，即使单次测量结果被噪声完全覆盖，也能提取出微弱的信号。这项突破有望为搜寻暗物质和探测引力波扫清障碍，标志着向开发未来大规模基础物理量子探测器迈出了关键一步。
长基线原子干涉仪被视为探索早期宇宙引力波和搜寻暗物质的极具潜力技术。其工作原理是通过激光操控原子云，使其分离后再重新聚合，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，该技术面临一个严峻的挑战：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测量的信号。若无有效校正，这些噪声将彻底淹没目标信号。为了克服这一难题，科学家们提出了一个方案：通过对比两个由同一激光源驱动、处于不同位置的原子干涉仪，实现共同噪声的相互抵消。这种差分测量技术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，该团队在一个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分离的超冷锶-87原子云以及一个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，研究人员有意向系统中引入了大量额外的噪声，导致两个独立的干涉仪在单次测量时均无法获得有效数据。
实验结果表明，尽管每个干涉仪的独立输出几乎完全随机，但通过比对两者的测量数据，研究团队成功恢复出了清晰的信号，其测量精度达到了量子力学所允许的理论极限。进一步的实验证实，即使在加入了模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号的情况下，该系统在强噪声背景下仍能准确地识别出这些信号。
未来，此类装置有望探测到现有探测器无法触及的引力波频段，并搜寻新型暗物质形态，从而为理解宇宙提供新的视角。（记者张佳欣）
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