英国帝国理工学院首次验证长基线原子干涉仪关键工作原理

据最新一期《自然》杂志报道，英国帝国理工学院研究团队成功构建了一种新型量子传感装置，并在实验中首次确认了长基线原子干涉仪的核心运作机制。

新型装置可抵消激光噪声

该团队设计的传感装置能够有效压制激光噪声干扰，即便单次测量信号完全淹没在噪声中，系统仍能从中还原出微弱的目标信号。

技术原理拆解

长基线原子干涉仪利用原子在长距离自由演化过程中的量子叠加态来测量物理量。传统方案易受激光相位噪声影响，而新装置通过特定的信号恢复策略，在不改变干涉仪基线长度的情况下提升了抗噪能力。

“即使单次测量完全被噪声淹没，也能恢复出微弱信号。”——研究团队在《自然》论文中表述。

业内分析指出，这一原理验证为未来构建更高灵敏度的量子传感器提供了实验基础，有望推动精密测量技术的进一步发展。

长基线原子干涉仪差分测量方法验证成功，强噪声下恢复信号

一项针对长基线原子干涉仪差分测量方法的实验验证获得重要进展。研究团队通过构建台式原型系统，在人为制造强噪声条件下成功恢复了清晰信号，测量精度达到量子力学允许的基本极限。

技术挑战：激光相位噪声掩盖目标信号

长基线原子干涉仪被认为是探测早期宇宙引力波和寻找暗物质最有前景的技术设备之一。它利用激光将原子云分开再重新汇合，通过测量原子运动中的极微小变化来捕捉隐藏信号。

然而，这项技术面临一个重大挑战：用于控制实验的激光会产生相位噪声，强度远远超过研究人员试图测量的信号，若不加以校正，会完全掩盖目标信号。

解决方案：差分测量方法实现噪声抵消

科学家提出通过比较两个由同一激光操控、位于不同位置的原子干涉仪，使共同噪声相互抵消。这种差分测量方法是下一代探测器设计的基础，但此前从未在现实条件下得到验证。

“相位噪声”指激光本身相位波动引入的干扰信号，其强度足以淹没待测的微弱物理信号。

实验过程：模拟未来复杂环境验证系统可靠性

研究团队在超冷锶实验室构建了一套台式原型系统，由两团空间分离的超冷锶-87原子云和一台超稳定时钟激光器组成。为模拟未来长基线探测器面临的复杂环境，他们故意向系统中加入大量额外噪声，使两个干涉仪单独测量时均无法获得有效信号。

验证结果：在强噪声下准确识别模拟信号

结果显示，尽管单个干涉仪输出几乎完全随机，但通过比较两者数据，研究人员仍成功恢复出清晰信号。进一步实验表明，即使加入模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号，在强噪声条件下，该系统仍能将其准确识别出来。

• 测量精度达到量子力学允许的基本极限
• 该方法解决了寻找暗物质和引力波的重大难题

未来展望：拓展引力波探测与暗物质研究新窗口

研究团队指出，这类装置有望探索现有探测器无法覆盖的引力波频段，并寻找新的暗物质形式。这一成果是迈向未来大型基础物理量子传感器的重要里程碑。