英国帝国理工学院的科研人员在《自然》杂志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，并在实验中首次证实了长距离原子干涉仪的核心运作机制。该设备能够有效抑制激光干扰，即使单次测量完全被噪声干扰，也能够提取出微弱的信号。这项成就对于搜寻暗物质和探测引力波具有重要意义，标志着向制造未来大型基础物理量子探测器迈出了关键一步。
长距离原子干涉仪被视为探测早期宇宙引力波和发现暗物质的领先技术。其工作原理是利用激光分离并重新合并原子云，通过精确测量原子在运动过程中产生的极其细微的变化来捕捉潜在的信号。
然而，该技术面临一个严峻的挑战：用于操控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。若不进行修正，这些噪声将完全遮蔽目标信号。为了克服这一难题，科学家们提出了一种差分测量方法：比较两个由同一激光驱动、但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。尽管这种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，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分离的超冷锶-87原子云以及一台极度稳定的时钟激光器。为了模拟未来长距离探测器可能遇到的复杂条件，他们特意向系统中引入了大量额外的噪声，导致两个干涉仪在单独运行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完全随机，但通过比对两者的测量结果，研究人员成功恢复出了清晰的信号，并且测量精度达到了量子力学所允许的理论极限。后续实验进一步证实，即使引入模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号，在强噪声环境下，该系统也能够准确地识别出这些信号。
未来，此类装置有望拓展现有探测器难以触及的引力波频段，并搜寻新型暗物质形态，为我们理解宇宙提供新的途径。（记者张佳欣）
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