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美國科研團隊開發(fā)新型量子傳感器

，顯著提升粒子探測時空精度

近日，由美國能源部費米實驗室

、加州理工學(xué)院

、NASA噴氣推進實驗室等機構(gòu)組成的科研團隊

，成功開發(fā)出基于量子傳感技術(shù)的超導(dǎo)微線單光子探測器（SMSPD）

。該探測器可在粒子物理實驗中實現(xiàn)時空同步的高精度粒子追蹤

，相關(guān)研究成果已發(fā)表于《儀器儀表學(xué)雜志》（DOI:10.1088/1748-0221/20/03/P03001）。

技術(shù)突破：時空分辨率雙重提升

在費米實驗室進行的帶電粒子束測試中

，SMSPD展現(xiàn)出突破性性能。研究團隊將其暴露于高能質(zhì)子束

、電子束和π介子束環(huán)境下

，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)探測器相比

，該傳感器不僅粒子探測效率極高

，更實現(xiàn)了空間和時間維度的雙重精度突破。
SMSPD的設(shè)計靈感源于超導(dǎo)納米線單光子探測器（常用于量子網(wǎng)絡(luò)和天文學(xué)）

，但其具備更大的表面積

，可捕獲更多粒子噴流，尤其適用于粒子物理實驗中對復(fù)雜粒子軌跡的追蹤

。與傳統(tǒng)設(shè)備相比

，SMSPD能夠精準(zhǔn)記錄粒子碰撞后的運動軌跡，為解析高能物理事件的細節(jié)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐

。

應(yīng)用前景：適配下一代尖端科學(xué)裝置

該技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其“四維傳感”能力——同時實現(xiàn)亞微米級空間分辨率和納秒級時間分辨率

，如同為粒子運動拍攝“高清高速電影”。這種特性使其成為未來環(huán)形對撞機（FCC）

、μ子對撞機等前沿科學(xué)裝置的理想配套技術(shù)

，可有效解決高能對撞中每秒數(shù)百萬次事件的精準(zhǔn)追蹤難題

。此外，研究團隊指出

，SMSPD的技術(shù)原理還可延伸至量子網(wǎng)絡(luò)（如INQNET計劃）與深空通信領(lǐng)域

，為跨學(xué)科研究提供新工具。
加州理工學(xué)院物理學(xué)教授Maria Spiropulu表示：“未來20-30年

，粒子對撞機的能量與強度將迎來范式轉(zhuǎn)變

，以SMSPD為代表的量子傳感技術(shù)，將成為暗物質(zhì)探測

、時空起源研究等前沿領(lǐng)域的關(guān)鍵突破口

。”

技術(shù)驗證：類比與實際應(yīng)用價值

技術(shù)驗證項目負責(zé)人、費米實驗室科學(xué)家Cristián Peña用生動比喻闡釋了SMSPD的優(yōu)勢：“這就像在繁忙的中央車站追蹤一名混入人群的嫌疑人——既需要高清畫面識別個體特征

，又需要每秒數(shù)十幀的高速連拍捕捉動態(tài)

，否則目標(biāo)可能瞬間消失。SMSPD正是通過‘高分辨率成像’與‘高速采樣’的結(jié)合

，實現(xiàn)了對粒子運動的精準(zhǔn)鎖定

。”
此項研究不僅為粒子物理學(xué)提供了革命性探測工具，也標(biāo)志著量子傳感技術(shù)從實驗室走向復(fù)雜科學(xué)場景的重要突破

，有望推動基礎(chǔ)物理研究與新興技術(shù)應(yīng)用的深度融合

。

標(biāo)簽：

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美國科研團隊開發(fā)新型量子傳感器
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