英國(guó)2021年初宣布立項(xiàng)7個(gè)量子項(xiàng)目

  ICC訊 1月13日，英國(guó)研究與創(chuàng)新署（UKRI）宣布立項(xiàng)7個(gè)項(xiàng)目，總額3100萬(wàn)英鎊，利用尖端量子技術(shù)進(jìn)行早期宇宙和黑洞、暗物質(zhì)等基礎(chǔ)物理學(xué)研究。這批項(xiàng)目由總額8.3億英鎊、專(zhuān)門(mén)支持多學(xué)科和跨學(xué)科研究的戰(zhàn)略?xún)?yōu)先基金支持。具體項(xiàng)目清單如下：

  1.QSNET–用于測(cè)量基本常數(shù)穩(wěn)定性的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)

  由英國(guó)伯明翰大學(xué)Giovanni Barontini博士領(lǐng)導(dǎo)，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院、國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室、薩塞克斯大學(xué)參加。UKRI資助370萬(wàn)英鎊。

  該項(xiàng)目旨在利用原子鐘、分子鐘和離子鐘的精確度（有史以來(lái)最精確的儀器）來(lái)探索是否存在我們目前不知道的量子級(jí)（即最小級(jí)）上發(fā)生的新效應(yīng)。為了達(dá)到最高的精確度，時(shí)鐘將鏈接到網(wǎng)絡(luò)中。如果觀察到超靈敏時(shí)鐘“滴答作響”的變化，它將為新物理提供第一個(gè)直接和定量的證據(jù)，這將有助于我們揭示宇宙中95％的未知能量含量的性質(zhì)。該網(wǎng)絡(luò)還將成為一個(gè)強(qiáng)大的暗物質(zhì)探測(cè)器，它是宇宙中絕大多數(shù)物質(zhì)，但迄今為止仍未被發(fā)現(xiàn)。

  2.新物理學(xué)的量子干涉儀

  由英國(guó)卡迪夫大學(xué)Hartmut Grote教授領(lǐng)導(dǎo)，伯明翰大學(xué)、格拉斯哥大學(xué)，斯特拉思克萊德大學(xué)和華威大學(xué)參與。UKRI資助400萬(wàn)英鎊。

  研究人員旨在開(kāi)發(fā)新型干涉儀（能夠通過(guò)光的干涉來(lái)測(cè)量最小的長(zhǎng)度波動(dòng)的設(shè)備），尋找暗物質(zhì)和時(shí)空的量子效應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)前所未有的靈敏度，將使用壓縮光和單光子檢測(cè)等量子技術(shù)。暗物質(zhì)的性質(zhì)尚不為人所知，如果能找到時(shí)空量化或新穎的引力理論的特征，這將深刻地激發(fā)人們長(zhǎng)期以來(lái)尋求的量子物理學(xué)與引力理論的統(tǒng)一。

  3.用于隱藏領(lǐng)域的量子傳感器

  由謝菲爾德大學(xué)Ed Daw教授領(lǐng)導(dǎo)，劍橋大學(xué)、利物浦大學(xué)、牛津大學(xué)、蘭開(kāi)斯特大學(xué)、國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室、倫敦大學(xué)皇家霍洛威學(xué)院、倫敦大學(xué)學(xué)院等參與。UKRI資助480萬(wàn)英鎊。

  該項(xiàng)目旨在為尋找軸子、低質(zhì)量的“隱藏”粒子做出貢獻(xiàn)，這些粒子是解決暗物質(zhì)之謎的候選者。該團(tuán)隊(duì)將開(kāi)發(fā)超低噪聲量子電子學(xué)，以支持對(duì)這些迄今未發(fā)現(xiàn)的粒子的搜索。一種新的量子測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用將擴(kuò)大美國(guó)實(shí)驗(yàn)ADMX的質(zhì)量搜索范圍，從而有助于國(guó)際上為檢測(cè)我們自己的銀河暈中的暗物質(zhì)成分所做的努力。

  4.使用量子技術(shù)確定絕對(duì)中微子質(zhì)量

  由倫敦大學(xué)學(xué)院Ruben Saakyan教授領(lǐng)導(dǎo)，國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室、劍橋大學(xué)，斯旺西大學(xué)和華威大學(xué)參與。UKRI資助380萬(wàn)英鎊。

  該項(xiàng)目旨在利用量子技術(shù)的最新突破來(lái)解決粒子物理學(xué)中最重要的重大挑戰(zhàn)之一——確定中微子的絕對(duì)質(zhì)量。中微子是宇宙中最豐富的粒子之一，是恒星內(nèi)部核聚變的副產(chǎn)物，因此是我們了解恒星內(nèi)部過(guò)程和宇宙構(gòu)成的關(guān)鍵。此外，了解中微子質(zhì)量的價(jià)值對(duì)于我們對(duì)物質(zhì)起源和宇宙演化的理解至關(guān)重要。研究人員旨在開(kāi)發(fā)能夠精確測(cè)量這種難以捉摸但重要的粒子質(zhì)量的開(kāi)創(chuàng)性新光譜技術(shù)。

  5.用于基礎(chǔ)物理學(xué)的量子模擬器

  由英國(guó)諾丁漢大學(xué)Silke Weinfurtner教授領(lǐng)導(dǎo)，倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院、倫敦大學(xué)皇家霍洛威學(xué)院、倫敦大學(xué)學(xué)院、劍橋大學(xué)、紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)和圣安德魯大學(xué)參與。UKRI資助430萬(wàn)英鎊。

  該項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)能夠洞悉非常早期的宇宙和黑洞的物理學(xué)量子模擬器。目標(biāo)包括：模擬量子黑洞的各個(gè)方面，并測(cè)試支持宇宙起源思想的量子真空理論。

  6.QUEST-DMC：用于暗物質(zhì)和宇宙學(xué)的量子增強(qiáng)超流體技術(shù)

  由倫敦大學(xué)皇家霍洛威學(xué)院Andrew Casey博士領(lǐng)導(dǎo)，蘭卡斯特大學(xué)、牛津大學(xué)和薩塞克斯大學(xué)參加。UKRI資助340萬(wàn)英鎊。

  該項(xiàng)目旨在解決宇宙學(xué)中的兩個(gè)基本問(wèn)題：暗物質(zhì)的本質(zhì)是什么以及早期宇宙是如何演化的。通過(guò)融合宇宙學(xué)、超低溫和量子技術(shù)的前沿技術(shù)，他們將開(kāi)發(fā)的超靈敏量子傳感器將用于尋找新質(zhì)量范圍內(nèi)的暗物質(zhì)候選物，并研究模擬早期宇宙事件的相變。預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生引力波信號(hào)。

  7.AION：英國(guó)原子干涉儀天文臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)

  由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院Oliver Buchmueller教授領(lǐng)導(dǎo)，伯明翰大學(xué)、劍橋大學(xué)、利物浦大學(xué)、牛津大學(xué)、倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院、盧瑟福·阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室參與。UKRI資助720萬(wàn)英鎊。

  AION項(xiàng)目將開(kāi)發(fā)和利用基于原子間量子干擾的技術(shù)來(lái)檢測(cè)超輕暗物質(zhì)和引力波源，例如宇宙中遙遠(yuǎn)的巨大黑洞之間的碰撞以及非常早期宇宙中的暴力過(guò)程。該團(tuán)隊(duì)將設(shè)計(jì)一個(gè)10米原子干涉儀（擬在牛津建造），為將來(lái)在英國(guó)進(jìn)行的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)鋪平道路。AION團(tuán)隊(duì)的成員還將為美國(guó)合作伙伴實(shí)驗(yàn)MAGIS做出貢獻(xiàn)。