中新網(wǎng)深圳4月30日電 (記者 索有為)記者30日從深圳國際量子研究院獲悉，在中國科學院院士俞大鵬的帶領下，該院研究員徐源、劉松聯(lián)合北京大學教授舒菁，在暗光子暗物質(zhì)搜尋領域取得重要實驗進展。

　　研究團隊在高品質(zhì)因子鈮基超導微波諧振腔中開發(fā)出基于四腳薛定諤貓態(tài)的暗光子暗物質(zhì)探測方案，實現(xiàn)量子增強的暗物質(zhì)搜尋，為下一代高靈敏度暗光子暗物質(zhì)搜尋實驗奠定了重要技術基礎。相關成果于29日發(fā)表在《物理評論快報》上。

　　暗物質(zhì)是宇宙的重要組成成分，雖然其存在性已被諸多天文學和宇宙學方面的觀測證據(jù)所證實，然而它的微觀性質(zhì)仍是現(xiàn)代物理學中的一大未解之謎。

　　研究團隊開發(fā)出基于高品質(zhì)因子鈮基超導微波諧振腔的量子增強暗物質(zhì)探測器，用于探測彌漫在空間中的超輕波動性暗光子暗物質(zhì)。

　　研究團隊發(fā)現(xiàn)，當暗光子的質(zhì)量與探測器的共振頻率相匹配時，暗光子將以正比于動力學混合角的概率轉(zhuǎn)化為諧振腔中的普通光子，從而被探測到。通過探測諧振腔中光子產(chǎn)生速率，便可推算暗光子動力學混合角的上限。

　　該研究開發(fā)了基于四腳薛定諤貓態(tài)的暗物質(zhì)探測實驗方案，實現(xiàn)量子增強的高靈敏度暗光子暗物質(zhì)搜尋。四腳貓態(tài)的模四宇稱性質(zhì)使探測器具備區(qū)分光子產(chǎn)生信號和諧振腔單光子丟失錯誤的能力，從而提升了光子探測的信噪比。

　　同時，研究團隊在實驗中成功制備出高保真度的四腳薛定諤貓態(tài)作為探測初態(tài)，并利用重復的量子非破壞性宇稱測量以及隱馬爾可夫模型分析等手段對探測器進行了系統(tǒng)表征。通過提高四腳貓態(tài)的平均光子數(shù)，實驗展示了相比于真空態(tài)提升了高達8.1倍的光子產(chǎn)生速率，極大地提高了暗光子探測效率。

　　在此基礎上，團隊開展了暗光子暗物質(zhì)的搜尋實驗研究，通過測量暗物質(zhì)的相干積分信號，最終實現(xiàn)在6.44 GHz頻率下對暗光子動力學混合角高達7.32×10^{-16}的限制。

　　此外，團隊進一步開發(fā)了基于失諧邊帶驅(qū)動的頻率調(diào)節(jié)方法，并應用于暗光子暗物質(zhì)的掃頻探測，利用不同頻率下測得的光子產(chǎn)生速率聯(lián)合分析進一步壓低背景噪聲，實現(xiàn)了在100 kHz頻率范圍內(nèi)的高靈敏度暗物質(zhì)搜尋，獲得了10^{-16}量級的暗光子動力學混合角限制，優(yōu)于之前相關研究結(jié)果1個數(shù)量級以上。

　　據(jù)悉，該成果有望進一步推動量子增強精密測量技術在未來暗物質(zhì)搜尋等前沿基礎物理領域中的重要應用。(完)