2026年10月8日——费米国家加速器实验室和伊利诺伊理工学院的物理学家 Rakshya Khatiwada 获得了美国能源部早期职业奖，将开展一种发现暗物质的创新方法。她的项目将测试作为量子计算机基本组成单元的纠缠超导量子比特，在探测传统仪器远远无法捕捉的微弱信号方面的潜力。

暗物质在宇宙物质中所占比例大约是人们在恒星、行星和人类身上看到的普通物质的五倍，但从未被直接观测到。

“我们已经从引力透镜和宇宙微波背景辐射等天体物理观测中看到了暗物质的一些迹象，”Khatiwada 解释说。“在实验室中搜寻暗物质需要不同的方法。科学家需要高度专业化的仪器，来探测暗物质通过与普通物质和电磁场相互作用可能产生的微弱信号。”

Khatiwada 的研究将使用一个四量子比特纠缠系统，测试当暴露于模拟暗物质信号时，量子纠缠是否比独立、非纠缠的量子比特具有真正的传感优势。纠缠将两个或多个量子比特的量子态联系起来，使它们能够共同作为灵敏探测器工作。

“这些纠缠量子比特共享单一量子态，”Khatiwada 说。“因此，如果它们都遇到同一个暗物质信号，它们的响应就会增强。”

在来到费米实验室之前，Khatiwada 在华盛顿大学参与轴子暗物质实验（ADMX）开展博士后研究，并担任量子探测器负责人，研究量子放大器。像 ADMX 这样的谐振腔实验对暗物质质量的窄频带敏感，需要精细调谐，以便随着时间推移扫描广泛的质量范围。

这段经历让她确信，量子传感对于探测暗物质不可或缺，自那以后她一直在探索将量子比特用于这一目的。Khatiwada 解释说，纠缠量子比特不仅可以帮助研究人员探测更微弱的信号，还能更高效地搜索一系列可能的暗物质质量。

“这些纠缠量子比特共享单一量子态，”Rakshya Khatiwada 说。“因此，如果它们都遇到同一个暗物质信号，它们的响应就会增强。”

Khatiwada 认为，费米实验室高度专业化的能力和资源（包括超导量子材料与系统中心），以及她在伊利诺伊理工学院作为教授与优秀研究生共事的工作，为她的项目创造了理想环境。

她的工作最近在费米实验室的 QUIET 和 LOUD 设施中展示了超导量子比特极低噪声的性能；在那里，她还在使用超级智能和机器学习来研究传统方法极难探测的噪声。这些持续开展的工作将为她的纠缠项目奠定基础。

“我非常兴奋，能把我一直在研究的这些想法应用于基于纠缠的暗物质传感，”Khatiwada 说。“费米实验室拥有出色的基础设施、资源和技术专长，以及才华横溢的博士后研究人员。这是一个做研究的好地方。”