新型量子传感器：既能“数”单个光子，又能搜寻暗物质

量子力学研究的是微观世界的现象，而科学家一直在努力开发更精密的工具来测量和操控光子等基本粒子。精度提升，意味着未来可能造出更强大的量子设备，并帮助人类探索宇宙中最大的未解之谜，比如暗物质。

本次突破的核心是一种超灵敏‘量子能量探测器’。它基于一种特殊设计的量热计（calorimeter），专门用于测量极其微弱的热量变化。研究人员将微波脉冲送入由两种金属构成的传感器：一部分是超导体（电流无阻力流动），另一部分是普通导体（有电阻）。这两种材料组合在一起，使超导态变得极为脆弱——只要超导部分温度在极低温下哪怕上升一点点，超导性就会立刻消失。这种‘一触即溃’的特性，恰恰成就了极高的能量敏感度。

经过精细滤波和反复验证，团队成功探测到仅0.83仄焦耳（1仄焦耳=10⁻²¹焦耳）的电磁脉冲。这是全球首次通过量热法实现如此高灵敏度的测量。

这项技术意义重大：首先，它有望实现‘单光子计数’，这是量子技术与天体物理领域长期追求的目标；其次，它可用于搜寻假想中的暗物质粒子——轴子（axion），因为这类粒子若存在，其到达时间完全不可预测，而新探测器无需预设时间窗口即可响应；第三，在量子计算中，该量热计工作温度（毫开尔文级，即接近绝对零度）与量子比特（qubit）所需环境完全一致，因此可直接集成进量子芯片，避免传统读取方式带来的加热干扰或信号放大噪声，未来有望成为量子计算机中高效、低扰动的‘量子比特读出部件’。

本研究依托芬兰国家级纳米与量子技术平台OtaNano完成，主要经费来自‘未来制造者’（Future Makers）计划，由伊尔科基金会（Jane and Aatos Erkko Foundation）和芬兰技术产业百年基金会共同支持。