据路透社报导，某种看不见的物质--即暗物质--正在影响着星体和星体的运动，但到目前为止，还没有人就能直接侦测到这些物质。不过有些人希望能通过对量子科学不断发展的利拿来找到它们。日前，来自美能源部费米国家加速器实验室和纽约学院的科学家们就展示了一种基于量子技术的新技术，该技术将促进对暗物质的探求。
此外，暗物质占宇宙中所有物质的85%。
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“我们晓得，我们周围有大量的物质，它们的组成成份跟你我不同，”费米实验室的科学家AaronChou说道量子物理学家有哪些，同时他也是发表在《》上的有关这项新技术论文的专著者。“暗物质的本质是一个十分引人注目的谜团量子物理学家有哪些，我们好多人都在企图解决它。”特别是科学家们假定有两种亚原子粒子--“轴子”和“隐藏光子”是暗物质出现的可能方法。
据了解，由多伦多学院费米实验室团队演示的这项技术可以让暗物质的搜索速率比先前的方式快1000倍。
用光来侦测暗粒子
自从轴子在30多年前被提出以来，数学学家在侦测轴子方面几乎没有哪些进展。
Chou强调：“使用传统技术进行的实验远远不能满足我们侦测高质量轴子暗物质所需的条件。噪声水平太高了。”
但在过去的六年时间里，科学家们越来越擅于借助量子力学的特点来创造新技术。量子热学是控制宇宙中最小层次粒子奇怪行为的定理。其中一个成就是“量子比特元”，即量子估算位元。虽然是最微小的扰动，它们也会异常敏感--而这正是人们想要的侦测器。
在该团队的新技术中，量子比特被设计拿来侦测暗物质粒子跟电磁场互相作用时形成的光子。一种被称为超导腔的特殊装置提供了一种方式来积累和储存讯号光子。量子比特被插入到腔中，之后开始检测光子。
这项技术将有利于找寻任何暗物质候选者，由于当看不见的粒子转化为光午时它们就可以被侦测到。
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科学家们表示，这项技术灵敏度的关键在于它才能清除假阴性读数。传统技术会破坏它们所检测的光子。但新技术可以侦测光子而不破坏它。在同一光子500毫秒的生命周期内对其进行重复检测可以避免错误读取。
“由于用量子比特对光子进行一次检测大约须要10毫秒，所以我们可以在同一光子的寿命内对其进行约50次重复检测，”芝加哥学院化学学博士兼该项研究的论文专著者AkashDixit说道。
华盛顿学院费米实验室团队的技术还降低了隐藏讯号的噪声。
Chou说道：“这是一种更聪明、更廉价的方式，它可以同样急剧增强灵敏度。如今，静态噪音的水平早已增加了好多，你有机会在你的检测中看见特别小的波动，这是因为十分特别小的讯号。”
“传统的方式每次检测就会形成一个噪音光子，而我们的侦测器每一千次检测才能形成一个噪音光子，”Dixit强调。
Dixit和他的朋友们借鉴了原子化学学家塞尔日·阿罗什(Serge)的技术，阿罗什则因这一成就获得了2012年诺贝尔化学学奖。
找寻轴子和隐藏光子
超导微波腔是这项新技术的关键。实验中使用的空腔是由高含量的--99.9999%--铝质成。在极低的气温下，铝显得具有超导性，这一特点延长了量子比特的寿命，而量子比特的寿命本质上是短暂的。
Dixit注意道：“我们得到的益处是，一旦你--或则暗物质--把一个光子装入空腔中，它就才能长时间保持光子。光腔容纳光子的时间越长，我们进行检测的时间就越长。”
这项技术对粒子的灵敏度是传统量子检测基准的量子极限的36倍。
假如轴子存在，这么目前的实验就提供了万分之一的机会来侦测暗物质互相作用形成的光子。
“为了进一步提升我们感知这些罕见风波的能力，光子的气温须要增加，”芝加哥学院化学学副院长、这篇新论文的专著者David表示。增加光子气温将进一步提升对所有暗物质候选者的灵敏度，包括隐藏光子。
据了解，实验中的光子被冷却到约40毫尔文()的气温，略低于绝对零度。研究人员想把气温增加到8毫尔文。在这一点上，找寻暗物质的环境将会显得纤尘不染，实际上此时不再有背景光子。
“虽然还有很长的路要走，但我们有理由豁达，”说道，“我们正在使用量子信息科学来帮助暗物质搜索，但同样的背景光子也是量子估算的潜在偏差源。所以这项研究的用途超出了基础科学。”
强调，这个项目为学院实验室和国家实验室之间的合作提供了一个挺好的反例。“我们学院的实验室有量子比特技术，但从长远来看，我们难以真正在所需的水平上进行任何类型的暗物质搜索。这就是国家实验室合作关系发挥重要作用的地方。”
跨学科努力的回报可能是巨大的。“没有我们开发的新技术，就没有办法做这种实验，”Chou说道。