量子計算機　探測暗物質的新方法

編譯／高晟鈞

天文學在過去20年的一項重大發現，就是宇宙中數量最龐大的物質，可能不是由我們所熟悉的發光物質，例如恆星、星雲、星系等所；而是由我們目前還不知道形式、性質 的物質所組成。我們之所以知道這些物質的存在，純粹是因為它們的重力效應，而不是因為它們所發出的電磁波，天文學家稱這些物質為「暗物質」。

暗物質由於不與光作用，不容易被直接探測到。美國費米實驗室資深科學家Aaron Chou致力於通過量子科學探測暗物質，他開發了一種使用量子位元（類似於電腦數據中的0/1位元）的方法檢測強磁場下暗物質產生的單元光子。

我們曾在先前的專欄──量子網路的飛躍 光子存儲器的革新中，簡單介紹過量子與量子位元。量子位元通過激發像是單元光子的量子單位來工作，而這種處理容易被外界干擾。為了讓量子位元正常運行，它們必須位於精心控制的低溫環境中；因為即使最輕微的干擾也會導致量子計算機的程序中斷。量子計算機的高靈敏度，也使Chou意識到，也許量子計算機可以提供一種檢測暗物質的方法。

當暗物質粒子穿過強磁場時，它們會產生光子，並被Chou與他的團隊使用一種含有超導迴路量子位元的鋁光子盒子捕捉。而由於這些量子位元已免受外部干擾，因此當科學家檢測到光子干擾時，他們可以推斷這是暗物質飛過保護層的現象。

Chou與他的團隊展示了這項技術的原理，並展示了多項優點。他們的設備對光子十分敏感，並且可以對同一光子進行反覆測量，以確保這項干擾並非來自於其他因素。

Chou團隊進一步與量子計算人員進合作並改進了設備。這項新設備盒子裝有單一頻率的光子，並將他改造成一個可以改變尺寸的類無線電接收器。透過改變盒子的尺寸，他可以探測到由暗物質產生的不同波長的光子。

而由於傳統的鋁光子腔會在強磁場下失去它的超導性，研究人員合成了藍寶石製造了一個新的空腔盒。這新的藍寶石空腔盒能使團隊更接近結合物理學和量子科學方面的暗物質實驗。

資料來源:Phys.org

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