記者11月4日從中國科大獲悉，中國科學技術大學高級工程師周經緯、教授榮星等人基于超導量子比特體系，提出一種可擴展的暗物質搜尋架構，并成功在多比特超導量子芯片上完成了原理性實驗驗證。10月29日，該研究成果發(fā)表于《物理評論快報》。
現(xiàn)代天文學與宇宙學觀測表明，暗物質約占宇宙總質量的25%。近年來，以軸子和暗光子為代表的超輕玻色子暗物質成為備受關注的暗物質候選者。理論預言超輕暗物質可能的質量范圍約為1-100微電子伏特，并且與普通物質之間僅存在極微弱的相互作用。國際上已開展一系列超輕暗物質搜尋的實驗研究，但是仍面臨測量范圍與探測靈敏度難以兼顧的技術挑戰(zhàn)：共振式探測器靈敏度高但探測帶寬有限，非共振式探測器雖覆蓋范圍廣卻靈敏度不足。
針對這一挑戰(zhàn)，研究團隊提出利用超導量子比特直接搜尋超輕暗物質的實驗架構：利用微納加工技術，在單個芯片上集成多個頻率可調的超導量子比特，形成可擴展的暗物質搜尋架構。該架構可以實現(xiàn)對暗物質多能區(qū)同步開展高靈敏掃描探測，從而有望解決測量范圍與靈敏度難以兼顧的問題。研究團隊設計制作了三比特超導量子芯片，可以同時對15.632-15.638、15.838-15.845及16.463-16.468微電子伏特三個能區(qū)的暗光子進行搜尋，并給出了相應區(qū)間內最嚴格的暗光子-光子耦合界限，實驗結果相較此前基于天文觀測的界限提升了1至2個數(shù)量級。
這項工作展示了超導量子比特在粒子物理領域的應用前景，為未來實現(xiàn)更寬質量區(qū)間、更高精度的暗物質探測提供了基礎。
責任編輯：陸迪
