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總投資 3100 萬英鎊,英國政府立項 7 個量子信息研究項目:研究早期宇宙和黑洞、暗物質

2021/2/1 20:12:19 來源: 作者:余予 責編:騎士

當前,以量子信息科學為代表的量子科技正在不斷形成新的科學前沿,激發革命性的科技創新,孕育對人類社會產生巨大影響的顛覆性技術,歐美等國也陸續加快推進量子通信基礎設施建設。

據科技部消息顯示,1 月 13 日,英國研究與創新署(UKRI)宣布立項 7 個項目,總額 3100 萬英鎊,利用尖端量子技術進行早期宇宙和黑洞、暗物質等基礎物理學研究。這批項目由總額 8.3 億英鎊、專門支持多學科和跨學科研究的戰略優先基金支持。具體項目清單如下:

1.QSNET–用于測量基本常數穩定性的時鐘網絡。由英國伯明翰大學 Giovanni Barontini 博士領導,倫敦帝國理工學院、國家物理實驗室、薩塞克斯大學參加。UKRI 資助 370 萬英鎊。

該項目旨在利用原子鐘、分子鐘和離子鐘的精確度(有史以來最精確的儀器)來探索是否存在我們目前不知道的量子級(即最小級)上發生的新效應。為了達到最高的精確度,時鐘將鏈接到網絡中。如果觀察到超靈敏時鐘 “滴答作響”的變化,它將為新物理提供第一個直接和定量的證據,這將有助于我們揭示宇宙中 95%的未知能量含量的性質。該網絡還將成為一個強大的暗物質探測器,它是宇宙中絕大多數物質,但迄今為止仍未被發現。

2. 新物理學的量子干涉儀。由英國卡迪夫大學 Hartmut Grote 教授領導,伯明翰大學、格拉斯哥大學,斯特拉思克萊德大學和華威大學參與。UKRI 資助 400 萬英鎊。

研究人員旨在開發新型干涉儀(能夠通過光的干涉來測量最小的長度波動的設備),尋找暗物質和時空的量子效應。為實現前所未有的靈敏度,將使用壓縮光和單光子檢測等量子技術。暗物質的性質尚不為人所知,如果能找到時空量化或新穎的引力理論的特征,這將深刻地激發人們長期以來尋求的量子物理學與引力理論的統一。

3. 用于隱藏領域的量子傳感器。由謝菲爾德大學 Ed Daw 教授領導,劍橋大學、利物浦大學、牛津大學、蘭開斯特大學、國家物理實驗室、倫敦大學皇家霍洛威學院、倫敦大學學院等參與。UKRI 資助 480 萬英鎊。

該項目旨在為尋找軸子、低質量的 “隱藏”粒子做出貢獻,這些粒子是解決暗物質之謎的候選者。該團隊將開發超低噪聲量子電子學,以支持對這些迄今未發現的粒子的搜索。一種新的量子測量技術的應用將擴大美國實驗 ADMX 的質量搜索范圍,從而有助于國際上為檢測我們自己的銀河暈中的暗物質成分所做的努力。

4. 使用量子技術確定絕對中微子質量。由倫敦大學學院 Ruben Saakyan 教授領導,國家物理實驗室、劍橋大學,斯旺西大學和華威大學參與。UKRI 資助 380 萬英鎊。

該項目旨在利用量子技術的最新突破來解決粒子物理學中最重要的重大挑戰之一——確定中微子的絕對質量。中微子是宇宙中最豐富的粒子之一,是恒星內部核聚變的副產物,因此是我們了解恒星內部過程和宇宙構成的關鍵。此外,了解中微子質量的價值對于我們對物質起源和宇宙演化的理解至關重要。研究人員旨在開發能夠精確測量這種難以捉摸但重要的粒子質量的開創性新光譜技術。

5. 用于基礎物理學的量子模擬器。由英國諾丁漢大學 Silke Weinfurtner 教授領導,倫敦大學國王學院、倫敦大學皇家霍洛威學院、倫敦大學學院、劍橋大學、紐卡斯爾大學和圣安德魯大學參與。UKRI 資助 430 萬英鎊。

該項目旨在開發能夠洞悉非常早期的宇宙和黑洞的物理學量子模擬器。目標包括:模擬量子黑洞的各個方面,并測試支持宇宙起源思想的量子真空理論。

6.QUEST-DMC:用于暗物質和宇宙學的量子增強超流體技術。由倫敦大學皇家霍洛威學院 Andrew Casey 博士領導,蘭卡斯特大學、牛津大學和薩塞克斯大學參加。UKRI 資助 340 萬英鎊。

該項目旨在解決宇宙學中的兩個基本問題:暗物質的本質是什么以及早期宇宙是如何演化的。通過融合宇宙學、超低溫和量子技術的前沿技術,他們將開發的超靈敏量子傳感器將用于尋找新質量范圍內的暗物質候選物,并研究模擬早期宇宙事件的相變。預計會產生引力波信號。

7.AION:英國原子干涉儀天文臺和網絡。由倫敦帝國理工學院 Oliver Buchmueller 教授領導,伯明翰大學、劍橋大學、利物浦大學、牛津大學、倫敦大學國王學院、盧瑟福 · 阿普爾頓實驗室參與。UKRI 資助 720 萬英鎊。

AION 項目將開發和利用基于原子間量子干擾的技術來檢測超輕暗物質和引力波源,例如宇宙中遙遠的巨大黑洞之間的碰撞以及非常早期宇宙中的暴力過程。該團隊將設計一個 10 米原子干涉儀(擬在牛津建造),為將來在英國進行的大規模實驗鋪平道路。AION 團隊的成員還將為美國合作伙伴實驗 MAGIS 做出貢獻。

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關鍵詞:量子技術物理學

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