为宇宙遗迹搜寻实现48dB自旋压缩与96dB信号放大的核自旋研究
该团队近期研究表明,利用宏观核自旋系综制备的相干自旋态,可通过类似迪克超辐射的集体量子效应,将弱相互作用宇宙遗迹(如暗物质和宇宙中微子背景)的相互作用率提升至自旋数N的平方量级(N²)。研究人员将此类现象命名为“超辐射相互作用”。本文提出一种实现该效应并提升此类遗迹探测潜力的实验方案,展示如何将量子光学概念应用于核自旋-超导电路耦合系统以构建高灵敏度探测平台。 该方案通过π/2拉比脉冲将基态自旋初始化为相干自旋态。当电路失谐量足够大时,自旋-电路相互作用可实现压缩哈密顿量。鉴于压缩速率需超越自旋弛豫和退相干过程,该协议特别适用于宏观自旋系综与高品质因数超导电路(Q~10⁸-10⁹)的组合。在压缩阶段,标准量子涨落可降低4.8个数量级(相当于48 dB压缩)。通过进一步利用压缩相互作用放大自旋态上印记的信号,该方案能有效降低对散粒噪声极限读出的要求。 此项工作有望大幅加速轴子和暗光子暗物质搜索,将现有轴子实验探测范围拓展至QCD轴子-核自旋耦合领域。更广泛而言,该研究为探测其他宇宙遗迹(特别是宇宙中微子背景)的相干非弹性相互作用开辟了新途径,确立了核自旋系统作为新型量子超低阈值探测器的地位。
