Китайские ученые из USTC используют квантовую сенсорную сеть для обнаружения темной материи с точностью, превосходящей астрономические наблюдения

Ученые из Научно-технического университета Китая (USTC) опубликовали в журнале Nature прорывное исследование, представив первую в мире квантовую сенсорную сеть для поиска тёмной материи. Новая технология, основанная на ядерных спинах, обеспечила беспрецедентную чувствительность, в некоторых диапазонах масс аксионов в 40 раз превышающую точность астрономических наблюдений за сверхновыми.

Тёмная материя, составляющая около 26,8% массы Вселенной, не взаимодействует со светом, что делает её обнаружение чрезвычайно сложным. Команда под руководством профессоров Пэн Синьхуа и Цзян Миня сосредоточилась на поиске аксионов — гипотетических частиц-кандидатов в тёмную материю, которые могут образовывать «стены» в космосе. Для улавливания сверхслабых сигналов от возможного прохождения Земли через такую «стену» исследователи разработали метод сохранения сигнала в когерентном состоянии ядерного спина на время, близкое к минуте, и усилили его в 100 раз с помощью собственной квантовой технологии. Для фильтрации ложных срабатываний была развёрнута сеть из пяти сверхчувствительных квантовых сенсоров в Хэфэе и Ханчжоу.

Хотя за два месяца наблюдений прямой сигнал от «стены» тёмной материи зафиксирован не был, учёные установили самые строгие на сегодня ограничения для аксионной модели в широком диапазоне масс. Этот результат открывает новый путь в поиске тёмной материи с помощью лабораторных квантовых инструментов. В будущем команда планирует расширить сеть в глобальном масштабе и даже вывести её в космос, чтобы повысить чувствительность ещё на четыре порядка величины. Такой сетевой подход также может быть использован совместно с гравитационно-волновыми обсерваториями для поиска других космических загадок.