总投资 3100 万英镑,英国政府立项 7 个量子信息研究项目:研究早期宇宙和黑洞、暗物质

当前,以量子信息科学为代表的量子科技正在不断形成新的科学前沿,激发革命性的科技创新,孕育对人类社会产生巨大影响的颠覆性技术,欧美等国也陆续加快推进量子通信基础设施建设。

据科技部消息显示,1 月 13 日,英国研究与创新署(UKRI)宣布立项 7 个项目,总额 3100 万英镑,利用尖端量子技术进行早期宇宙和黑洞、暗物质等基础物理学研究。这批项目由总额 8.3 亿英镑、专门支持多学科和跨学科研究的战略优先基金支持。具体项目清单如下:

1.QSNET–用于测量基本常数稳定性的时钟网络。由英国伯明翰大学 Giovanni Barontini 博士领导,伦敦帝国理工学院、国家物理实验室、萨塞克斯大学参加。UKRI 资助 370 万英镑。

该项目旨在利用原子钟、分子钟和离子钟的精确度(有史以来最精确的仪器)来探索是否存在我们目前不知道的量子级(即最小级)上发生的新效应。为了达到最高的精确度,时钟将链接到网络中。如果观察到超灵敏时钟 “滴答作响”的变化,它将为新物理提供第一个直接和定量的证据,这将有助于我们揭示宇宙中 95%的未知能量含量的性质。该网络还将成为一个强大的暗物质探测器,它是宇宙中绝大多数物质,但迄今为止仍未被发现。

2. 新物理学的量子干涉仪。由英国卡迪夫大学 Hartmut Grote 教授领导,伯明翰大学、格拉斯哥大学,斯特拉思克莱德大学和华威大学参与。UKRI 资助 400 万英镑。

研究人员旨在开发新型干涉仪(能够通过光的干涉来测量最小的长度波动的设备),寻找暗物质和时空的量子效应。为实现前所未有的灵敏度,将使用压缩光和单光子检测等量子技术。暗物质的性质尚不为人所知,如果能找到时空量化或新颖的引力理论的特征,这将深刻地激发人们长期以来寻求的量子物理学与引力理论的统一。

3. 用于隐藏领域的量子传感器。由谢菲尔德大学 Ed Daw 教授领导,剑桥大学、利物浦大学、牛津大学、兰开斯特大学、国家物理实验室、伦敦大学皇家霍洛威学院、伦敦大学学院等参与。UKRI 资助 480 万英镑。

该项目旨在为寻找轴子、低质量的 “隐藏”粒子做出贡献,这些粒子是解决暗物质之谜的候选者。该团队将开发超低噪声量子电子学,以支持对这些迄今未发现的粒子的搜索。一种新的量子测量技术的应用将扩大美国实验 ADMX 的质量搜索范围,从而有助于国际上为检测我们自己的银河晕中的暗物质成分所做的努力。

4. 使用量子技术确定绝对中微子质量。由伦敦大学学院 Ruben Saakyan 教授领导,国家物理实验室、剑桥大学,斯旺西大学和华威大学参与。UKRI 资助 380 万英镑。

该项目旨在利用量子技术的最新突破来解决粒子物理学中最重要的重大挑战之一——确定中微子的绝对质量。中微子是宇宙中最丰富的粒子之一,是恒星内部核聚变的副产物,因此是我们了解恒星内部过程和宇宙构成的关键。此外,了解中微子质量的价值对于我们对物质起源和宇宙演化的理解至关重要。研究人员旨在开发能够精确测量这种难以捉摸但重要的粒子质量的开创性新光谱技术。

5. 用于基础物理学的量子模拟器。由英国诺丁汉大学 Silke Weinfurtner 教授领导,伦敦大学国王学院、伦敦大学皇家霍洛威学院、伦敦大学学院、剑桥大学、纽卡斯尔大学和圣安德鲁大学参与。UKRI 资助 430 万英镑。

该项目旨在开发能够洞悉非常早期的宇宙和黑洞的物理学量子模拟器。目标包括:模拟量子黑洞的各个方面,并测试支持宇宙起源思想的量子真空理论。

6.QUEST-DMC:用于暗物质和宇宙学的量子增强超流体技术。由伦敦大学皇家霍洛威学院 Andrew Casey 博士领导,兰卡斯特大学、牛津大学和萨塞克斯大学参加。UKRI 资助 340 万英镑。

该项目旨在解决宇宙学中的两个基本问题:暗物质的本质是什么以及早期宇宙是如何演化的。通过融合宇宙学、超低温和量子技术的前沿技术,他们将开发的超灵敏量子传感器将用于寻找新质量范围内的暗物质候选物,并研究模拟早期宇宙事件的相变。预计会产生引力波信号。

7.AION:英国原子干涉仪天文台和网络。由伦敦帝国理工学院 Oliver Buchmueller 教授领导,伯明翰大学、剑桥大学、利物浦大学、牛津大学、伦敦大学国王学院、卢瑟福 · 阿普尔顿实验室参与。UKRI 资助 720 万英镑。

AION 项目将开发和利用基于原子间量子干扰的技术来检测超轻暗物质和引力波源,例如宇宙中遥远的巨大黑洞之间的碰撞以及非常早期宇宙中的暴力过程。该团队将设计一个 10 米原子干涉仪(拟在牛津建造),为将来在英国进行的大规模实验铺平道路。AION 团队的成员还将为美国合作伙伴实验 MAGIS 做出贡献。

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