单靠量子压缩还不足以在合理的时间内扫描每一个可能的轴子频率

在暗物质首次被提出用来解释星系团运动的近一个世纪之后, 物理学家仍然不知道它是由什么组成的.

世界各地的研究人员已经建造了几十个探测器，希望能发现暗物质. 作为一名研究生， 我帮助设计和操作 其中一个探测器，名字很贴切 HAYSTAC. 但是，尽管经过了几十年的实验努力，科学家们仍未能识别出暗物质粒子.

现在, 对暗物质的研究得到了量子计算研究中使用的技术的帮助. 在一个 新论文 发表在《博彩app推荐》杂志上, 我和HAYSTAC团队的同事们描述了博彩平台推荐是如何使用一点量子技巧将探测器搜索暗物质的速度提高一倍的. 博彩平台推荐的结果为寻找这种神秘粒子增加了急需的速度.

扫描暗物质信号

有 令人信服的证据 从天体物理学和宇宙学来看，一种被称为暗物质的未知物质构成了宇宙中80%以上的物质. 理论物理学家提出 几十种新的基本粒子 这可以解释暗物质. 但要确定这些理论中哪一个是正确的，如果有的话, 研究人员需要制造不同的探测器来测试每一种.

一个著名的理论认为暗物质是由尚不成熟的物质构成的 假想的粒子 被称为 就可以 它们的整体行为就像一种不可见的波，在宇宙中以非常特定的频率振荡. Axion探测器 ——包括HAYSTAC——工作起来有点像无线电接收器, 而不是把无线电波转换成声波, 他们的目标是把轴子波转换成电磁波. 具体来说，轴子探测器测量两个量，称为 电磁场正交. 这些正交是电磁波中两种不同的振荡，如果轴子存在，就会产生这种振荡.

寻找轴子的主要挑战是没有人知道假设的轴子波的频率. 想象一下，你在一个陌生的城市里，通过一次一个频率的调频波段搜索一个特定的广播电台. 轴子搜寻者也做着同样的事情:他们以离散的步骤在广泛的频率范围内调整他们的探测器. 每一步只能覆盖很小范围的轴子频率. 这个小范围就是探测器的带宽.

调谐收音机通常需要在每一步暂停几秒钟，看看你是否找到了你要找的电台. 如果信号很弱，而且有很多静电，那就更难了. 与随机电磁波动产生的静态信号相比，即使在最灵敏的探测器中，轴子信号也会非常微弱, 物理学家称之为 噪音. 噪音越大, 探测器在每个调谐步骤上停留的时间越长，就越需要聆听轴子信号.

不幸的是, 研究人员不能指望在转了几十圈无线电转盘后就能接收到轴子广播. 调频收音机的频率只有88到108兆赫(1兆赫等于100万赫兹). 相比之下，轴子的频率可能在3000赫兹到3000亿赫兹之间. 按速率 今天的 探测器 找到轴子或者证明轴子不存在需要多长时间 一万多年.

压缩量子噪声

在HAYSTAC团队中，博彩平台推荐没有那种耐心. 所以在2012年，博彩平台推荐开始通过尽一切可能减少噪音来加速轴子搜索. 但到了2017年，博彩平台推荐发现自己遇到了一个 基本最小噪声极限 因为量子物理的一条定律叫做 测不准原理.

测不准原理指出，不可能同时知道某些物理量的确切值——例如, 你不可能同时知道一个粒子的位置和动量. 回想一下，轴子探测器通过测量两种正交来寻找轴子——这两种特定的电磁场振荡. 不确定性原理通过向正交振荡中添加最小量的噪声来阻止对两个正交的精确了解.

在传统的轴子探测器中, 来自测不准原理的量子噪声同样地模糊了这两个正交. 这种噪音无法消除，但使用合适的工具可以控制它. 博彩平台推荐的团队想出了一种方法来绕过HAYSTAC探测器中的量子噪声, 减少其对一个正交的影响，同时增加其对另一个正交的影响. 这种噪声处理技术叫做 量子挤压.

在研究生们的领导下 凯利回来 和 丹Palken, HAYSTAC团队接受了在博彩平台推荐的探测器中实现压缩的挑战, 利用超导电路技术借鉴量子计算研究. 通用量子计算机依然存在 还有很长的路要走, 但博彩平台推荐的新论文表明，这种压缩技术可以立即加快对暗物质的搜索.

更大的带宽，更快的搜索

博彩平台推荐的团队成功地压缩了HAYSTAC探测器中的噪声. 但是博彩平台推荐如何利用这个来加速轴子搜索呢?

量子压缩在整个轴子探测器带宽上并不能均匀地降低噪声. 相反，它有 最大的影响在边缘. 想象一下你把收音机调到88度.3兆赫，但你要的电台实际上是88兆赫.1. 有了量子压缩，你就能听到你最喜欢的歌曲在一站之外播放.

在无线电广播界，这将是一场灾难, 因为不同的电台会互相干扰. 但博彩平台推荐只需要寻找一个暗物质信号, 更宽的带宽可以让物理学家一次覆盖更多的频率，从而更快地进行搜索. 在博彩平台推荐最新的结果中，博彩平台推荐使用挤压来 是HAYSTAC带宽的两倍这使得博彩平台推荐搜索轴子的速度是以前的两倍.

单靠量子压缩还不足以在合理的时间内扫描每一个可能的轴子频率. 但将扫描速度提高一倍是朝着正确方向迈出的一大步, 博彩平台推荐相信，量子压缩系统的进一步改进可能会使博彩平台推荐的扫描速度提高10倍.

Nobody knows whether 就可以 exist or whether they will resolve the mystery of dark matter; but thanks to this unexpected application of quantum technology, 博彩平台推荐离这些问题的答案又近了一步.

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