美国科研团队开发新型量子传感器，显著提升粒子探测时空精度
近日，由美国能源部费米实验室、加州理工学院、NASA喷气推进实验室等机构组成的科研团队，成功开发出基于量子传感技术的超导微线单光子探测器（SMSPD）。该探测器可在粒子物理实验中实现时空同步的高精度粒子追踪，相关研究成果已发表于《仪器仪表学杂志》（DOI:10.1088/1748-0221/20/03/P03001）。技术突破：时空分辨率双重提升
在费米实验室进行的带电粒子束测试中，SMSPD展现出突破性性能。研究团队将其暴露于高能质子束、电子束和π介子束环境下，结果表明，与传统探测器相比，该传感器不仅粒子探测效率极高，更实现了空间和时间维度的双重精度突破。SMSPD的设计灵感源于超导纳米线单光子探测器（常用于量子网络和天文学），但其具备更大的表面积，可捕获更多粒子喷流，尤其适用于粒子物理实验中对复杂粒子轨迹的追踪。与传统设备相比，SMSPD能够精准记录粒子碰撞后的运动轨迹，为解析高能物理事件的细节提供了关键数据支撑。
应用前景：适配下一代尖端科学装置
该技术的核心优势在于其“四维传感”能力——同时实现亚微米级空间分辨率和纳秒级时间分辨率，如同为粒子运动拍摄“高清高速电影”。这种特性使其成为未来环形对撞机（FCC）、μ子对撞机等前沿科学装置的理想配套技术，可有效解决高能对撞中每秒数百万次事件的精准追踪难题。此外，研究团队指出，SMSPD的技术原理还可延伸至量子网络（如INQNET计划）与深空通信领域，为跨学科研究提供新工具。加州理工学院物理学教授Maria Spiropulu表示：“未来20-30年，粒子对撞机的能量与强度将迎来范式转变，以SMSPD为代表的量子传感技术，将成为暗物质探测、时空起源研究等前沿领域的关键突破口。”
技术验证：类比与实际应用价值
技术验证项目负责人、费米实验室科学家Cristián Peña用生动比喻阐释了SMSPD的优势：“这就像在繁忙的中央车站追踪一名混入人群的嫌疑人——既需要高清画面识别个体特征，又需要每秒数十帧的高速连拍捕捉动态，否则目标可能瞬间消失。SMSPD正是通过‘高分辨率成像’与‘高速采样’的结合，实现了对粒子运动的精准锁定。”此项研究不仅为粒子物理学提供了革命性探测工具，也标志着量子传感技术从实验室走向复杂科学场景的重要突破，有望推动基础物理研究与新兴技术应用的深度融合。