英国帝国理工学院的研究人员在《自然》杂志上发表了一项突破性进展，他们设计并构建了一种新型量子传感设备，并首次在实验中成功验证了长基线原子干涉仪的核心运行机制。该装置具备强大的激光噪声抑制能力，即便单次测量被噪声完全干扰，仍能有效提取出微弱信号。这项成就对于搜寻暗物质和探测引力波具有重要意义，标志着向开发未来大型基础物理量子传感器迈出了关键一步。

长基线原子干涉仪被视为探测早期宇宙引力波和搜寻暗物质的领先技术之一。其原理是通过激光操控原子云，使其分离后再重新聚合，进而通过测量原子运动的细微变化来捕捉隐藏的信号。

然而，该技术面临着一个严峻的障碍：用于实验控制的激光会产生相位噪声，其强度远超研究人员试图探测的信号。如果不对这些噪声进行校正，它们将完全遮蔽目标信号。为了克服这一挑战，科学家们提出了一种方法：比较两个由同一激光驱动、但位于不同位置的原子干涉仪。通过这种差分测量，共同存在的噪声可以相互抵消。尽管这种方法是下一代探测器设计的基石，但此前从未在实际条件下得到验证。

为此，研究团队在一个超冷锶实验室搭建了一个台式原型系统。该系统包含两团空间隔离的超冷锶-87原子云，以及一台高度稳定的时钟激光器。为了模拟未来长基线探测器将面临的复杂环境，研究人员有意向系统中引入了大量的额外噪声，导致两个独立的干涉仪在单独运行时都无法获得有用的测量结果。

实验结果表明，尽管每个干涉仪的独立输出看起来几乎完全是随机的，但通过比较两者的测量数据，研究人员成功地恢复出了清晰的信号。其测量精度达到了量子力学所允许的理论极限。进一步的测试显示，即使在存在模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号的条件下，该系统在强噪声环境下仍能准确地识别出这些信号。

展望未来，这类装置有望拓展现有探测器无法触及的引力波频段，并有助于搜寻新型暗物质形态，从而为我们理解宇宙提供新的视角。（记者张佳欣）