據路透社報導，某種看不見的物質--即暗物質--正在影響著星體和星體的運動，但到目前為止，還沒有人就能直接偵測到這些物質。不過有些人希望能通過對量子科學不斷發展的利拿來找到它們。日前，來自美能源部費米國家加速器實驗室和紐約學院的科學家們就展示了一種基于量子技術的新技術，該技術將促進對暗物質的探求。
此外，暗物質占宇宙中所有物質的85%。
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“我們曉得，我們周圍有大量的物質，它們的組成成份跟你我不同，”費米實驗室的科學家AaronChou說道量子物理學家有哪些，同時他也是發表在《》上的有關這項新技術論文的專著者。“暗物質的本質是一個十分引人注目的謎團量子物理學家有哪些，我們好多人都在企圖解決它。”特別是科學家們假定有兩種亞原子粒子--“軸子”和“隱藏光子”是暗物質出現的可能方法。
據了解，由多倫多學院費米實驗室團隊演示的這項技術可以讓暗物質的搜索速率比先前的方式快1000倍。
用光來偵測暗粒子
自從軸子在30多年前被提出以來，數學學家在偵測軸子方面幾乎沒有哪些進展。
Chou強調：“使用傳統技術進行的實驗遠遠不能滿足我們偵測高質量軸子暗物質所需的條件。噪聲水平太高了。”
但在過去的六年時間里，科學家們越來越擅于借助量子力學的特點來創造新技術。量子熱學是控制宇宙中最小層次粒子奇怪行為的定理。其中一個成就是“量子比特元”，即量子估算位元。雖然是最微小的擾動，它們也會異常敏感--而這正是人們想要的偵測器。
在該團隊的新技術中，量子比特被設計拿來偵測暗物質粒子跟電磁場互相作用時形成的光子。一種被稱為超導腔的特殊裝置提供了一種方式來積累和儲存訊號光子。量子比特被插入到腔中，之后開始檢測光子。
這項技術將有利于找尋任何暗物質候選者，由于當看不見的粒子轉化為光午時它們就可以被偵測到。
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科學家們表示，這項技術靈敏度的關鍵在于它才能清除假陰性讀數。傳統技術會破壞它們所檢測的光子。但新技術可以偵測光子而不破壞它。在同一光子500毫秒的生命周期內對其進行重復檢測可以避免錯誤讀取。
“由于用量子比特對光子進行一次檢測大約須要10毫秒，所以我們可以在同一光子的壽命內對其進行約50次重復檢測，”芝加哥學院化學學博士兼該項研究的論文專著者AkashDixit說道。
華盛頓學院費米實驗室團隊的技術還降低了隱藏訊號的噪聲。
Chou說道：“這是一種更聰明、更廉價的方式，它可以同樣急劇增強靈敏度。如今，靜態噪音的水平早已增加了好多，你有機會在你的檢測中看見特別小的波動，這是因為十分特別小的訊號。”
“傳統的方式每次檢測就會形成一個噪音光子，而我們的偵測器每一千次檢測才能形成一個噪音光子，”Dixit強調。
Dixit和他的朋友們借鑒了原子化學學家塞爾日·阿羅什(Serge)的技術，阿羅什則因這一成就獲得了2012年諾貝爾化學學獎。
找尋軸子和隱藏光子
超導微波腔是這項新技術的關鍵。實驗中使用的空腔是由高含量的--99.9999%--鋁質成。在極低的氣溫下，鋁顯得具有超導性，這一特點延長了量子比特的壽命，而量子比特的壽命本質上是短暫的。
Dixit注意道：“我們得到的益處是，一旦你--或則暗物質--把一個光子裝入空腔中，它就才能長時間保持光子。光腔容納光子的時間越長，我們進行檢測的時間就越長。”
這項技術對粒子的靈敏度是傳統量子檢測基準的量子極限的36倍。
假如軸子存在，這么目前的實驗就提供了萬分之一的機會來偵測暗物質互相作用形成的光子。
“為了進一步提升我們感知這些罕見風波的能力，光子的氣溫須要增加，”芝加哥學院化學學副院長、這篇新論文的專著者David表示。增加光子氣溫將進一步提升對所有暗物質候選者的靈敏度，包括隱藏光子。
據了解，實驗中的光子被冷卻到約40毫爾文()的氣溫，略低于絕對零度。研究人員想把氣溫增加到8毫爾文。在這一點上，找尋暗物質的環境將會顯得纖塵不染，實際上此時不再有背景光子。
“雖然還有很長的路要走，但我們有理由豁達，”說道，“我們正在使用量子信息科學來幫助暗物質搜索，但同樣的背景光子也是量子估算的潛在偏差源。所以這項研究的用途超出了基礎科學。”
強調，這個項目為學院實驗室和國家實驗室之間的合作提供了一個挺好的反例。“我們學院的實驗室有量子比特技術，但從長遠來看，我們難以真正在所需的水平上進行任何類型的暗物質搜索。這就是國家實驗室合作關系發揮重要作用的地方。”
跨學科努力的回報可能是巨大的。“沒有我們開發的新技術，就沒有辦法做這種實驗，”Chou說道。