近日，在俞大鹏院士的带领下，深圳国际量子研究院徐源研究员和刘松研究员联合北京大学舒菁教授，在暗光子暗物质搜寻领域取得重要实验进展。研究团队在高品质因子铌基超导微波谐振腔中开发了基于四脚薛定谔猫态的暗光子暗物质探测方案，实现了量子增强的暗物质搜寻，为下一代高灵敏度暗光子暗物质搜寻实验奠定了重要技术基础。相关成果于2026年4月29日以“Quantum-Enhanced Dark Matter Search Using Cat States”为题在期刊 Physical Review Letters 上在线发表。

暗物质是宇宙的重要组成成分，虽然其存在性已被诸多天文学和宇宙学方面的观测证据所证实，然而它的微观性质本质仍是现代物理学中的一大未解之谜。目前有多种暗物质理论模型，可能的暗物质候选者质量范围横跨接近100个数量级。其中，超轻的波动性暗物质，比如暗光子、轴子等，在最近几年受到了越来越多的关注。超导微波谐振腔是探测此类超轻暗物质的一种重要技术手段。然而传统探测方法受限于标准量子极限噪声，极大地限制了暗物质探测的灵敏度，这也是当前暗物质搜寻实验领域的重要挑战。

研究团队开发基于高品质因子铌基超导微波谐振腔的量子增强暗物质探测器，用于探测弥漫在空间中的超轻波动性暗光子暗物质。当暗光子的质量与探测器的共振频率相匹配时，暗光子将以正比于动力学混合角的概率转化为谐振腔中的普通光子，从而被探测到。通过探测谐振腔中光子产生速率，便可推算暗光子动力学混合角的上限。

本研究开发了基于四脚薛定谔猫态的暗物质探测实验方案，实现了量子增强的高灵敏度暗光子暗物质搜寻。四脚猫态的模四宇称性质使探测器具备区分光子产生信号和谐振腔单光子丢失错误的能力，从而提升了光子探测的信噪比。研究团队在实验中成功制备了高保真度的四脚薛定谔猫态作为探测初态，并利用重复的量子非破坏性宇称测量以及隐马尔可夫模型分析等手段对探测器进行了系统表征。通过提高四脚猫态的平均光子数，实验展示了相比于真空态提升了高达8.1倍的光子产生速率，极大地提高了暗光子探测效率。

在此基础上，团队开展了暗光子暗物质的搜寻实验研究，通过测量暗物质的相干积分信号，最终实现在6.44 GHz频率下对暗光子动力学混合角高达7.32×10^{-16}的限制。此外，团队进一步开发了基于失谐边带驱动的频率调节方法，并应用于暗光子暗物质的扫频探测，利用不同频率下测得的光子产生速率联合分析进一步压低背景噪声，实现了在100 kHz频率范围内的高灵敏度暗物质搜寻，获得了10^{-16}量级的暗光子动力学混合角限制，优于之前相关研究结果1个数量级以上。该成果有望进一步推动量子增强精密测量技术在未来暗物质搜寻等前沿基础物理领域中的重要应用和发展。

本项研究中，深圳国际量子研究院郑攀副研究员、蔡燕燕（国量院/南科大博士研究生）、许彬（北京大学博士后）为论文共同第一作者。俞大鹏院士、徐源研究员、舒菁教授、刘松研究员为论文共同通讯作者。其他贡献作者包括国量院邓晓玮副研究员、胡玲副研究员、倪忠初助理研究员、文圣城（国量院/南科大硕士研究生）、张礼博（国量院/南科大博士研究生）、麦家升（国量院/南科大博士研究生）、北京大学林林高级工程师和曾彦杰（北京大学博士研究生）。研究工作得到了国家自然科学基金委、合肥国家实验室、广东省科技厅、深圳市科技创新局等单位的资助。