中科大突破：量子相干增强技术革新磁力测量

作者：赵健翔 段跃初

在科学探索的前沿领域，中国科学技术大学（以下简称“中科大”）再次传来振奋人心的消息。彭新华教授和江敏副教授团队在量子精密测量技术方面取得了重大突破，成功将磁力测量的灵敏度提高了 2500 倍，相关研究成果引发了科学界的广泛关注。

量子精密测量技术在现代科学研究中占据着举足轻重的地位。在这个领域中，相干时间是一个关键因素。通常情况下，更长的相干时间意味着更高的测量性能，这体现在磁力计灵敏度和原子钟精度等方面。然而，实际研究过程中面临着诸多挑战。局部噪声和磁场不均匀性等不利因素如同“绊脚石”，会破坏量子系统的相干性，进而限制其相干时间。长期以来，如何增强量子系统的相干时间一直是困扰科学界的难题。

中科大的科研团队经过不懈努力，提出了基于协同自旋的量子相干增强技术。该技术的原理独特而精妙。团队利用铷原子（碱金属原子）来测量氙原子（惰性气体）的核自旋，之后再把信号转化为磁场，并且实时反馈到核自旋上。在这一过程中，神奇的事情发生了。单个核自旋仿佛有了“智慧”，能够根据集体的状态校正自身的相位误差。通过这样的方式，团队成功将氙原子相干时间从原本的 30 秒大幅延长到了 540 秒。这一成果为后续的研究奠定了坚实的基础。

在此基础上，研究团队利用该技术对磁力计进行了改进。这一改进带来的效果是惊人的，磁力计对磁场的灵敏度提升了 2500 倍。如此高灵敏度的磁力计为科学研究开辟了新的可能性。研究人员指出，这种灵敏度极强的探测器在基础物理研究领域有着广阔的应用前景。

在暗物质研究方面，暗物质一直是宇宙中神秘的存在，占据了宇宙物质的绝大部分，但却不与电磁辐射相互作用，极难被探测到。高灵敏度的磁力计或许能够捕捉到暗物质与普通物质相互作用时产生的极其微弱的磁场信号，从而为揭开暗物质的神秘面纱提供关键线索。

对于探索第五种基本相互作用而言，目前已知的四种基本相互作用构建了我们对宇宙的基本认知。如果存在第五种基本相互作用，必然会在极其微小的尺度上产生特殊的物理现象。中科大研发的高灵敏度磁力计有望检测到这些微妙的变化，为发现新的物理规律提供有力工具。

在超越标准模型的研究中，标准模型是描述基本粒子及其相互作用的理论框架，但它并非完美无缺。随着科学研究的深入，越来越多的现象暗示着存在超越标准模型的新物理。这种高灵敏度的探测器或许能够发现一些不符合标准模型的异常现象，推动物理学向更高层次发展。

中科大此次的研究成果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，并且在中科大新闻网也有相关报道。这不仅是中科大科研实力的体现，更是我国在量子精密测量技术领域走向世界前沿的有力证明。相信在未来，随着这项技术的不断发展和完善，将会为人类探索宇宙奥秘、揭示物理规律带来更多的惊喜和突破，让我们拭目以待。同时，这也激励着更多的科研人员投身于相关领域的研究，为推动科学技术的进步贡献力量。期待中科大在后续的科研道路上继续勇攀高峰，创造更多辉煌的科研成果。