据国外媒体Space.com的报道，现在量子技术能为寻找暗物质提供一些帮助，在《自然》杂志上发表的一篇新论文中，科学家们描述了一种如何使用量子技术手段将探测器检验暗物质的速度提高了一倍。

目前，全世界已经建造了数十个暗物质探测器，HAYSTAC就是其中的一个，它设在耶鲁大学的莱特实验室。尽管科学家已经进行了数十年的实验工作，但仍未发现暗物质颗粒。理论物理学家提出了许多可以解释暗物质的新的基本粒子。但要确定这些理论中的哪一个（如果有的话）是正确的，所以研究人员需要构建不同的检测器来探测。

其中有一种著名的理论提出暗物质是由至今尚未发现的被称为轴子的粒子构成的。这些粒子总体表现的像一种以非常特定频率在宇宙中振荡的不可见波。轴距检测器（包括HAYSTAC）的工作原理类似于无线电接收器，但它们的目标不是将无线电波转换为声波，而是将轴距波转换为电磁波。具体来说，轴测器测量正交电磁场的两个量。这些正交是在存在轴时会在电磁波中产生两种截然不同的振荡。

寻找轴突的主要挑战是没人知道假设轴突波的频率。想象一下，在一个陌生的城市中，您只能通过在FM频段上一次次改变频率来搜索特定的广播电台。这些轴距检测器的工作原理大致相同：他们以离散的步长在很宽的频率范围内调整探测器。每次只能覆盖很小范围里可能的轴突频率。这个很小的范围就是检测器的带宽。

调谐收音机通常每调一次都需要暂停几秒钟，以检查是否已找到所需的电台。如果信号微弱并且有很多静电，那么识别起来将变得更加困难。与随机电磁波动产生的静电相比，即使在最灵敏的探测器中，轴突信号也将变得异常微弱，物理学家称之为噪声。噪声越多，就意味着检测器在每次调谐中侦听轴突信号花费的时间越长。

而且不幸的是，研究人员不能指望在无线电拨盘转动几十圈后就能接收到的轴突广播。FM收音机的频率只能从88兆赫兹调到108兆赫兹（1兆赫兹等于1百万赫兹），而轴突频率可能介于300赫兹至3000亿赫兹之间。以当今探测器的搜索速度寻找下去，找到轴子证据或证明它不存在的时间可能需要一万多年。

HAYSTAC团队着手通过尽一切可能减少噪音的方法来加快轴突搜索的速度。但到了2017年，由于量子物理学定律（不确定性原理），我们发现自己已经达到了基本的最小噪声限制。不确定性原理指出，不可能同时知道某些物理量的精确值。例如，您无法同时知道粒子的位置和动量。回想一下，轴测器是通过测量两个正交点（即特定类型的电磁场振荡）来搜索轴突。而不确定性原理会通过向正交振荡添加最小量的噪声来禁止对两个正交的精确测量。这被人们称为量子噪声。

在常规的轴测探测器中，量子噪声会同时掩盖两个正交信号。我们无法消除这种噪音，但可以使用正确的工具来控制它。HAYSTAC团队科研人员找到了一种方法，可以绕过HAYSTAC检测器中的量子噪声，从而减少它对一个正交的影响，同时增加对另一个正交的影响。这种噪声处理技术被称为量子压缩。

在研究生Kelly Backes和Dan Palken的带领下，HAYSTAC团队采用了量子计算研究中的超导电路技术来应对我们在检测器中实现量子压缩的挑战。通用量子计算机还有很长的路要走，但这种量子压缩技术可以立即加快对暗物质的搜索。

该团队已经成功消除了HAYSTAC检测器中的噪音。但是如何使用量子技术来加快轴突搜索的速度呢？

量子压缩不能在轴测检测器带宽上均匀地降低噪声。相反，它在边缘具有最大的影响。想象一下，您将收音机调至88.3兆赫，但你想要的电台实际上是在88.1。借助量子压缩将能够在这一电台外聆听道自己喜欢的歌曲。虽然在无线电广播世界中，不同的电台相互干扰这将是一种灾。但由于只需要寻找一个暗物质信号，因此更宽的带宽使物理学家可以一次覆盖更多频率来更快地搜索暗物质。在最新结果中显示，使用量子压缩使HAYSTAC的带宽增加了一倍，从而使搜索轴的速度变成以前的两倍。

仅量子压缩还不足以在合理的时间内扫描所有可能的轴突频率。但是将扫描速率提高一倍是朝着正确方向迈出的一大步，科研人员相信对量子压缩系统的进一步优化可能会使扫描速度提高10倍。

没有人知道轴子是否存在，或者它们是否能解决暗物质的奥秘。但是由于量子技术的这一出乎意料的应用，我们离这些伟大问题的答案又近了一步。（编译/Rainet）