近日，美國能源部費米實驗室、加州理工學院、NASA 噴氣推進實驗室等機構組成的一支科研團隊宣布開發出基于量子傳感技術的超導微線單光子探測器（SMSPD），可實現粒子物理實驗中的時空同步高精度追蹤。
▲ SMSPD 可以精確地探測單個粒子。圖片來源：美國費米實驗室
該技術首次在費米實驗室完成帶電粒子束測試，時空分辨率實現雙重突破。相關研究成果已發表于《儀器儀表學雜志》（IT之家附 DOI 10.1088/1748-0221/20/03 / P03001）。
SMSPD 與超導納米線單光子探測器相似，后者在量子網絡和天文學實驗中已有應用。然而，SMSPD 具有更大的表面積，能收集更多粒子噴流，更適合用于粒子物理實驗。在測試中，研究團隊首次探測了帶電粒子，這一能力在量子網絡或天文學應用中并非必需，但在粒子物理實驗中卻至關重要。
據官方介紹，研究團隊在美國費米實驗室測試了 SMSPD。他們將量子傳感器暴露在高能質子束、電子束和 π 介子束下，結果表明，與傳統探測器相比，該探測器在探測粒子時效率極高。
SMSPD 還能在空間和時間上更精確地探測粒子。當研究人員分析高速碰撞后飛出的粒子束時，他們希望精確追蹤這些粒子的軌跡，以便更好理解碰撞過程和可能產生的新物理現象。SMSPD 為這一需求提供了有力支持。
該成果有望適配未來環形對撞機（FCC）和 μ 子對撞機等尖端項目，解決高能對撞中每秒數百萬次事件的精準追蹤難題，甚至延伸至量子網絡（INQNET 計劃）與深空通信領域。
加州理工學院陳尚義物理學教授 Maria Spiropulu 表示：“未來 20-30 年粒子對撞機能量與強度將發生范式轉變，量子傳感技術將為暗物質探測、時空起源研究提供關鍵工具。”
由于能同時實現更好的時空分辨率，研究團隊將 SMSPD 稱為“四維傳感器”。技術驗證項目負責人、費米實驗室科學家 Cristián Pe?a 解釋稱，這就像在繁忙的中央車站追蹤一名混入人群的嫌疑人，既需要高清畫面看清每個個體的面容，也需要每秒拍攝數十幀的高速連拍，否則目標人物可能在下一個瞬間就消失在茫茫人海中。
