英国帝国理工学院牵头的一项研究，在量子传感领域取得重要进展。研究人员开发出一种新型量子传感器，可有效消除背景噪声对测量精度的影响，为探测此前难以捕捉的微弱信号提供了新工具，这一成果有望帮助科学家解开超大质量黑洞的形成之谜。
宇宙中存在许多需要高精度测量才能探测的微弱信号，例如宇宙早期引力波和超轻暗物质产生的信号。了解宇宙组成成分、发现新的引力波源，都依赖于对这些信号的精准测量。传统原子干涉仪利用原子物质波的干涉进行测量，但测量过程中使用的激光脉冲本身带有噪声，这些噪声可能会掩盖目标信号，导致无法获取有效数据。
为解决这一问题，研究人员提出创新方案：将两个完全相同的原子干涉仪放置在不同位置，并使用同一束激光对它们进行测量。通过对比两个干涉仪的测量结果，激光产生的噪声影响可以相互抵消。这一方法显著提高了测量的信噪比，为探测微弱信号提供了可能。
在实验室中，研究团队制造出一台包含两个宏观位置分离的原子干涉仪的原型装置。实验表明，除了原子本身的量子随机性产生的噪声外，该装置几乎不受其他噪声干扰。研究人员甚至向激光中额外添加了较强的噪声，装置依然能够正常运行，有效去除了噪声影响。
为验证装置的实际效果，研究人员向其施加了与宇宙早期引力波和超轻暗物质可能产生的信号相似的振荡信号。测试结果显示，两个原子干涉仪联合运行时，依然能够清晰捕捉到这些微弱信号，证明了该装置在探测微弱信号方面的有效性。
超大质量黑洞的形成是宇宙学中的一个未解之谜。宇宙大爆炸后不到10亿年，就出现了这些质量巨大的黑洞，而传统恒星和星系形成理论无法解释它们的存在。一些科学家推测，超大质量黑洞可能源于宇宙早期中等质量黑洞的合并，或与暗物质有关。探测相关信号，将有助于科学家理解早期宇宙的演化过程，并进一步弄清暗物质的本质。
