英国帝国理工学院的研究人员在《自然》期刊上发表了一项突破性研究，他们成功研制出一种新型量子传感设备，并首次在实验中证实了长基线原子干涉仪的核心运行机制。该装置能够有效地消除激光噪声的干扰，即便单次测量完全被噪声所淹没，也能成功提取出微弱的信号。这项成就为搜寻暗物质和引力波带来了重大进展，标志着朝着构建未来大规模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极具潜力的技术工具。其工作原理是利用激光将原子团分隔开，然后再使其重新汇合，通过精确测量原子在运动过程中发生的极其细微的变化来捕捉隐藏的信号。

然而，该技术面临一个严峻的挑战：用于控制实验的激光会产生相位噪声，其强度远超研究人员试图测量的信号。如果不对这种噪声进行校正，它将完全遮蔽住目标信号。为了克服这一难题，科学家们设想了一种方法，即通过对比两个由同一激光器驱动、位于不同位置的原子干涉仪，从而使共同的噪声相互抵消。这种差分测量技术是下一代探测器设计的基石，但此前从未在实际环境中得到验证。

为此，研究团队在一个超冷锶实验室中搭建了一套台式原型系统。该系统包含两团空间分离的超冷锶-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可能遇到的复杂环境，研究人员故意向系统中引入了大量额外的噪声，导致两个独立的干涉仪在单独测量时均无法获得有效的信号。

实验结果表明，尽管单个干涉仪的输出数据几乎完全是随机的，但通过比较两者的测量结果，研究人员成功地恢复出了清晰的信号，并且测量精度达到了量子力学所允许的理论极限。进一步的实验证实，即使引入模拟引力波或暗物质场产生的振荡信号，该系统在强噪声环境下仍能准确地识别出它们。

展望未来，这类装置有望能够探测到现有探测器无法覆盖的引力波频段，并有助于寻找新型暗物质形态，从而为我们理解宇宙提供新的视角。（记者张佳欣）