多量子比特系统中的相干集体响应用于暗物质探测

该团队提出了一种利用 \(N\) 个叠加态 \((|0\rangle + |1\rangle)^{\otimes N}\) 构成的 Ramsey 型干涉仪阵列,作为探测器来检测波状暗物质。在暴露于诱导相干量子比特跃迁的暗物质波之后,信号表现为检测到 0 和 1 概率之间的不平衡。该方案中的信噪比与 \(\sqrt{N} α\) 成正比,其中 \(α\) 是暗物质与量子比特的耦合强度,因此对该耦合的灵敏度标度为 \(δα \sim 1 / \sqrt{N}\)。相比之下,在基于 Rabi 型跃迁 \(|0\rangle \to |1\rangle\) 的检测方案中,只有在使用高度纠缠的 \(N\) 个量子比特时才能实现这一标度。由于 Ramsey 型测量不需要纠缠态,研究人员只需在暗物质德布罗意波长内放置大量量子比特,即可考虑更大的 \(N\) 值。该团队证明了,使用线性 Paul 阱中的离子阱量子比特作为传感器,当 \(N \gtrsim 10^6\) 时,对耦合的预期灵敏度能够匹配或超越现有的实验室、天体物理学和宇宙学约束。该研究工作还评估了其对高频引力波的灵敏度。原则上,该团队提出的通用框架应可用于其他量子传感平台。

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提交arXiv: 2026-06-25 08:18

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