中国科大构建全球首个核自旋量子传感网络

中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 方梦宇）记者近日从中国科学技术大学获悉，该校自旋磁共振实验室彭新华教授和江敏教授团队在《自然》杂志发表突破性研究成果。团队革新核自旋量子精密测量技术，成功搭建国际首个基于原子核自旋的量子传感网络。这张连接安徽合肥与浙江杭州的“量子探测网”，如同布下的宇宙信号“监听系统”，让暗物质探测灵敏度实现质的飞跃，为解开这一宇宙之谜提供了全新路径。

在浩瀚宇宙中，我们肉眼可见的恒星、行星等普通物质，仅占宇宙总质量的4.9%。而占比高达26.8%的暗物质，就像一位“隐形邻居”——它不发光、不与普通物质发生电磁相互作用，却能通过引力影响星系运动，是宇宙构成的关键部分。

轴子，作为暗物质的热门候选者，其形成的场可能存在“宇宙褶皱”般的拓扑缺陷，被科学家形象地称为“暗物质墙”。当地球穿越这堵“无形之墙”时，轴子可能与量子传感器中的原子核发生极微弱的相互作用，产生转瞬即逝的信号。要捕捉这个信号，难度堪比在沸腾的广场上，精准分辨出一片特定雪花落地的声音。

为攻克探测难题，研究团队给量子传感器装上了两件“硬核装备”：一是将转瞬即逝的信号“储存”在接近分钟级的核自旋相干态中，大幅延长了信号探测窗口；二是通过自研量子放大技术，将微弱信号增强100倍，让“蛛丝马迹”不再难寻。

更进一步，团队将5台超灵敏量子传感器分别部署在合肥与杭州，通过卫星时间精确同步，构建成分布式探测网络。其核心逻辑是“多地比对、协同验证”：真实的宇宙信号会在各站点留下时间关联痕迹，而局部干扰噪声则杂乱无章、无法同步。这种组网模式能极大过滤误报，让探测结果的可靠性达到前所未有的高度。

该研究不仅为暗物质探测开辟了新路径，其网络化、分布式探测思路，未来还可与引力波天文台协同，用于搜寻更多宇宙奥秘。目前，团队计划进一步扩大“量子探测网”的覆盖范围，通过全球组网、空间部署等方式，将探测灵敏度再提升4个数量级，持续向解开暗物质之谜发起冲击。