英国帝国理工学院新型量子传感器突破背景噪声限制助力天体物理观测

6月20日，新华社报道英国《自然》杂志日前发布的研究成果。新型量子传感器在消除背景噪声干扰方面实现技术突破，测量精度得到实质性提升，可为捕捉此前技术难以识别的微弱信号提供有效手段。

测量流程与核心机制

天体物理探测流程通常包含信号接收、环境干扰剥离与数据精度校准三个关键环节。此次研究针对干扰剥离环节进行优化，传感器通过特定物理机制压制背景噪声，确保原始信号在传输与解析过程中保持完整性。

了解宇宙的组成成分以及发现新的引力波源需要测量极微弱的信号。

科研应用场景

• 直接提升极微弱信号的识别率，填补现有观测技术空白。
• 为超大质量黑洞形成机制的验证提供高精度数据源。
• 支持新引力波源的定位与特征分析。

牵头该项目的英国帝国理工学院在新闻公报中明确，该项技术突破主要服务于基础宇宙学研究。设备性能的提升将加速科研团队对宇宙物质组成及引力波源的解析进程。

原子干涉仪原型装置实现激光噪声抵消与微弱信号捕捉

研究人员在实验室中完成一台双位置原子干涉仪原型装置的制造与测试。该装置通过对比不同位置的测量结果，有效滤除了激光脉冲自带的噪声干扰。

双路差分机制与抗噪验证

原子干涉仪依托原子物质波的干涉特性开展测量。激光脉冲自带的噪声极易淹没目标信号，致使有效数据缺失。研究团队将两套相同干涉仪置于宏观不同位置，共用单一激光源同步测量。

对比两处测量结果，可使激光噪声的影响相互抵消。

该流程的逻辑拆解显示，共用光源意味着双路系统接收到的激光波动具有高度同步性。通过横向比对输出数据，噪声特征被直接剔除，仅保留目标物理量的差异信息。

原型机实测表明，系统干扰仅来源于原子自身的量子随机性。研究人员向激光通道人为注入较强噪声后，装置维持正常运作，噪声去除效果未受干扰。

振荡信号响应与探测目标

团队随后向设备施加特定振荡信号，该信号特征模拟了宇宙早期引力波及超轻暗物质可能产生的波动。测试证实，联合运行的干涉仪组能够清晰捕捉目标信号。

• 系统仅受原子量子随机性噪声影响
• 强激光噪声注入下保持有效过滤
• 模拟早期宇宙振荡信号捕捉清晰

科学背景与应用指向

宇宙大爆炸后不到10亿年，已出现部分超大质量黑洞。传统恒星和星系形成理论无法解释该现象，部分观点推测其源于早期中等质量黑洞合并或与暗物质相关。

针对此类微弱信号的捕捉能力，为验证早期宇宙天体形成假设提供观测路径。相关数据的积累将直接服务于早期宇宙演化过程分析，并为探究暗物质本质提供实验依据。