研究人员将使用最先进的量子技术来改变我们对宇宙的理解，回答有关暗物质和黑洞的关键问题。

英国研究与创新局（UKRI）以3 100万英镑的投资支持七个项目，以展示量子技术如何解决基础物理学中的一些最大谜团。

正如量子计算有望彻底改变传统计算一样，诸如量子传感器之类的技术也有可能从根本上改变我们理解宇宙的方法。

示例项目

早期宇宙和黑洞

诺丁汉大学（University of Nottingham）领导的一个项目旨在提供对早期宇宙和无法在实验室中测试的黑洞的物理学的见解。

该小组旨在使用量子模拟器以足够的精度模拟早期宇宙和黑洞的极端条件，以证实爱因斯坦对广义相对论的一些预测。

量子传感器

由伦敦大学皇家霍洛威（Royal Holloway）领导的团队将开发新的量子传感器，该传感器可用于搜索暗物质，暗物质被认为构成了宇宙的大部分并影响星系的形成。

这些项目由科学技术设施理事会（STFC）和工程与物理科学研究委员会（EPSRC）作为UKRI战略重点基金的一部分提供的“量子物理基础技术”计划提供了支持。

该计划是国家量子技术计划的一部分。

令人兴奋的研究计划

科学和技术设施理事会执行主席马克·汤姆森教授说：

STFC自豪地支持这些利用尖端量子技术进行基础物理学的新颖而激动人心的研究的项目。

重大科学发现通常来自新技术的应用。随着新兴量子技术的应用，我相信我们有机会改变寻找宇宙最大谜团的答案的方式。

其中包括探索由暗物质构成的物质，找到中微子的绝对质量以及确定量子力学如何与爱因斯坦的相对论相适应。

我坚信，这项激动人心的新研究计划将使英国能够以一种新的方式带头探索基础物理学中的深刻问题。

工程和物理科学研究委员会执行主席兼UKRI量子技术赞助商Dame Lynn Gladden教授说：

国家量子技术计划已成功地将第一波量子技术加速发展到成熟阶段，可用于在基础科学和工业应用方面取得进步。

UKRI通过“量子物理基础技术”计划进行的投资使我们能够汇集EPSRC和STFC的专业知识，以应用量子科学和技术的最新进展来探索和回答基础物理学中长期存在的研究问题。

这是一个非常令人兴奋的计划，我们期待着交付这些项目并为该领域的进一步工作提供资金，以及与UKRI其他合作伙伴一起探索利用量子技术的机会。

科学大臣阿曼达·索洛韦（Amanda Solloway）说：

随着我们从流行病中恢复过来的好时机，至关重要的是，我们应将精力投向量子等新的变革性技术，这可能有助于发掘新的科学发现并巩固英国作为科学超级大国的地位。

如今的资金将使一些英国最雄心勃勃的量子研究人员能够开发出先进的技术，这些技术可以帮助我们解决有关宇宙的重要悬而未决的问题，从证明爱因斯坦的相对论到理解黑洞的神秘行为。

更多的信息

项目摘要

QSNET –用于测量基本常数稳定性的时钟网络

：以LED乔瓦尼Barontini博士，英国伯明翰大学

合作伙伴：伦敦帝国学院，国家物理实验室，萨塞克斯大学

UKRI资金： £370万

该联盟旨在利用原子钟，分子钟和离子钟的精度-有史以来最精确的仪器-探索我们目前尚不知道的量子级（即最小级）是否正在发生新的效应。

为了达到最高的精确度，时钟将链接到网络中。如果观察到超灵敏时钟的“滴答声”变化，它将为新物理提供第一个直接和定量的证据，这将有助于我们揭示宇宙中95％的未知能量含量的性质。

该网络还将成为一个强大的暗物质探测器，它是宇宙中绝大多数物质，但迄今为止仍未被发现。

新物理学的量子干涉仪

：以LED哈特穆特·格罗特教授，英国卡迪夫大学

合作伙伴：伯明翰大学，格拉斯哥，斯特拉思克莱德和沃里克

UKRI资金： £400万

研究人员旨在开发新型干涉仪（能够通过光的干涉来测量最小的长度波动的设备），以寻找暗物质和时空的量子方面。

压缩光和单光子检测等量子技术将用于实现前所未有的灵敏度。

今天，暗物质的性质尚不为人所知，如果能找到时空量化或新颖的引力理论的签名，这将深刻地激发人们长期以来寻求的量子物理学和引力理论的统一。

用于隐藏领域的量子传感器

主持人：谢菲尔德大学Ed Daw教授

合作伙伴：剑桥大学，利物浦大学和牛津大学，兰开斯特大学，国家物理实验室，伦敦皇家霍洛威大学，伦敦大学

学院UKRI资助： 480万英镑

该项目旨在为寻找解决暗物质之谜的候选轴，低质量“隐藏”粒子做出贡献。该团队将开发超低噪声量子电子学，以支持对这些迄今未发现的粒子的搜索。

新的量子测量技术的一种应用将扩展美国实验ADMX的质量搜索范围，从而有助于国际努力来检测我们自己的银河晕的暗物质成分。

使用量子技术确定绝对中微子质量

牵头人：鲁本Saakyan教授，伦敦大学学院

的合作伙伴：国家物理实验室，剑桥大学，斯旺西和华威大学

UKRI资金： £380万

该项目旨在利用量子技术的最新突破来解决粒子物理学中最重要的重大挑战之一，即确定中微子的绝对质量。

宇宙中最丰富的粒子之一中微子是恒星内部核聚变的副产品，因此对于我们了解恒星内部的过程和宇宙组成至关重要。

此外，了解中微子质量的价值对于我们对物质起源和宇宙演化的理解至关重要。然而，人们对它们的了解却很少，研究人员旨在开发能够精确测量这种难以捉摸但重要的粒子质量的开创性新光谱技术。

用于基础物理学的量子模拟器

牵头人：诺丁汉大学Silke Weinfurtner教授

合作伙伴：伦敦国王学院，伦敦皇家霍洛威大学，伦敦大学学院，剑桥大学，纽卡斯尔和圣安德鲁大学

UKRI资金： 430万英镑

该项目旨在开发量子模拟器，该模拟器能够洞悉非常早期的宇宙和黑洞的物理学。目标包括：模拟量子黑洞的各个方面；并测试支持宇宙起源思想的量子真空理论。

QUEST-DMC：用于暗物质和宇宙学的量子增强超流体技术

牵头人：安德鲁·凯西博士，伦敦大学皇家霍洛威学院

合作伙伴：兰卡斯特大学，牛津大学和萨塞克斯高校

UKRI资金： £340万

该项目旨在解决宇宙学中的两个基本问题-暗物质的本质是什么以及早期宇宙是如何演化的。 通过融合宇宙学，超低温和量子技术的前沿技术，他们将开发的超灵敏量子传感器将用于寻找新质量范围内的暗物质候选物，并研究模拟早期宇宙事件的相变。预计会产生引力波信号。

永恒之塔：英国原子干涉仪天文台和网络

牵头人：奥利弗Buchmueller教授，伦敦大学帝国学院

合作伙伴：伯明翰大学，剑桥，利物浦和牛津大学，伦敦大学国王学院和STFC的卢瑟福·阿普尔顿实验室

UKRI资金： £720万

AION项目将开发和利用基于原子之间的量子干扰的技术来检测超轻暗物质和引力波源，例如宇宙中遥远的巨大黑洞之间的碰撞以及非常早的宇宙中的暴力过程。

该小组将设计一个10m原子干涉仪，为牛津仪器的建造做准备，并为将来在英国进行的大规模实验铺平道路。AION联盟的成员还将为美国的合作伙伴实验MAGIS做出贡献。