卓越的量子引力研究小组由ERC资助，旨在寻求开发一种新的基于对称性的方法，以解决量子力学和爱因斯坦的广义相对论成为统一重力，时空和物质的一致量子引力理论的问题。 量子力学和广义相对论的统一是当代理论物理学的最大挑战之一。对于黑洞奇异点和大爆炸的解决，对这种理论的需求最为迫切，但是对于寻求一致的紫外线完成标准的粒子物理模型和统一基本相互作用而言，这同样至关重要。 该小组以新的视角解决了这个问题，汇集了非常不同的发展方向：一方面，通过特别关注我们对宇宙奇点的理解以及在奇点附近具有新的无限维对偶对称性的证据，我们取得了新进展。超重力和弦理论已经出现，并且在超越“黎曼几何”的“例外几何”的制定方面取得了新的进展。另一方面，我们正在利用现代规范化量化和相关技术以及复杂的数学工具（例如自构表示的理论）的见解，以更好地理解基本自由度和量子时空动力学。。 异常量子引力研究组的主要重点是最大扩展的异常双曲Kac-Moody对称E10，其独特的地位使其成为统一弦和M理论及其“最大紧致”子组的主要候选对称。K（E10）推广了扩展超重力理论的所谓R对称性。在其他目标中，基于对称性的ansatz有望导致概念上精确的场景（宇宙空间和时间）接近宇宙的奇点，并解释具有48个夸克和轻子的标准模型的费米离子结构。同样重要 因此，该小组研究的主要目标是探索 这些对称性如何定义具有新兴时空和物质的量子引力理论， 它们如何作用于其基本自由度，以及如何从这样的描述中得出已知的对称性概念（例如一般协方差）， 量化理论的特殊特征是什么？量化在解释突发现象中应起什么作用；以及 该ansatz是否以及如何解释粒子物理学标准模型（尤其是其铁电离子领域）的观测特征，以及可以从中得出哪些新的物理预测。 查看详细>>

英国量子增强成像中心（QuantIC）的英国量子技术中心已成功从其工业合作伙伴基金中获得了两笔赠款，总价值为95 000英镑。 这些奖项旨在促进量子成像在生物医学，国防和安全领域的商业化，这是英国国家量子技术计划的一部分。 格拉斯哥大学的Jonathan Taylor博士和Miles Padgett教授展示了这一重要的种子资金将如何帮助快速跟踪他们在量子成像领域的世界级研究的开发，实施和商业化。 项目1：生物医学影像 用于高速3D荧光寿命成像应用的新型双光子显微镜技术 乔纳森·泰勒（Jonathan Taylor）博士和共同研究员丹尼尔·法乔（Daniele Faccio）教授旨在开发新技术，以实现对3D样品的快速光子有效的荧光寿命成像显微镜（FLIM）。如果成功的话，这项技术可以在纳米级的活细胞中实现分子接近感应。这对于理解癌细胞迁移和转移的动力学非常重要，最终可以改善人类医学和医疗保健领域对癌症的理解和治疗。与行业伙伴Horiba和Chromacity合作，该项目可能会彻底改变生物医学成像技术。 项目2：卫生保健/工业/国防与安全成像 超薄内窥镜，可实现微创监测 Padgett教授及其研究团队的目标是开发一种能够提供微创成像的单纤维内窥镜相机。传统的内窥镜基于光纤束。图像中的每个像素都需要自己的光纤，这意味着所得的光纤束直径为几毫米。相比之下，帕吉特（Padgett）教授的团队已经表明，可以将单纤维内窥镜制作成可以在3D模式下看到的人发宽度。 该项目旨在构建一种可产生微创图像的可运输设备。这种内窥镜技术将在医疗保健，工业，国防和安全成像等众多领域得到广泛应用。 QuantIC主任史蒂夫·博蒙特教授说：“这些奖项是我们在英国国家量子技术计划第二阶段看到的研究和产业合作能力的杰出典范。我们一直在寻找能够加速将世界一流QuantIC研究应用于商业应用的项目。” 工业合作基金致力于促进QuantIC现有技术的发展，并全年鼓励学术和行业合作伙伴申请，并每季度颁发一次。 QuantIC可通过其合作伙伴资源基金提供一系列赠款来支持将推动量子成像商业化的项目。QuantIC的业务开发团队可以帮助您指导哪种基金最适合您的项目。 查看详细>>

通过在伯明翰大学启动新的量子技术创新中心（QTIH），大伯明翰和索利哈尔LEP（GBSLEP）地区的中小型企业将获得独特的机会来获取专业技术设备。 该中心由制造业高级测量创新中心（CIAMM）与GBSLEP联合主办。它提供专业的设备，以使广泛的企业，尤其是工程，制造和电信领域的研究，实验和详细的产品测试成为可能。同样位于伯明翰大学的UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing的专家也将为使用和技术发展提供建议。 CIAMM成立于2018年，已与数百家企业提供免费支持和合作，以支持他们发掘量子技术的全部潜力以及伯明翰大学提供的世界领先的专业知识，帮助推动当地经济的创新。 新的集线器将扩展此支持范围，使用户可以访问诸如高规格激光器之类的设备，这些设备非常适合热调谐和支持量子光学。集线器令人印象深刻的“频率梳”还将允许测量绝对频率并实现连续波激光器的稳定化。该设备特别是量子技术的核心，因为它允许进行冷原子操纵实验。最后，RF频谱分析仪为相位噪声测量提供了极高的灵敏度，电子工程师和光学技术人员将特别感兴趣。 英国量子技术中心传感器与时序首席研究员，本项目联合研究员Kai Bongs教授说：“我们希望与当地企业界互动，以鼓励和发展量子技术在商业产品中的使用。这些必不可少的设备的增加将为小型企业提供一个可访问的网关，以使其在未来更具技术能力并为量子做好准备。在英国Quantum Technology Hub Sensors and Timing，我们已经与70多个全国性的行业合作伙伴进行了合作，并且通过QTIH，我们希望扩大伯明翰的商业社区。” 大伯明翰和索利哈尔LEP主席蒂姆·皮尔：“GBSLEP在昆腾创新中心的300万英镑投资表明了我们致力于实现西米德兰兹郡创新的承诺。作为以企业为主导的组织，我们希望为包容性经济增长创造机会。我们相信，对于中小型公司而言，这个新的枢纽是急需的空间，可以对其研发工作进行实验，测试和商业化。该项目很好地说明了我们如何与学术，公共和私营部门合作伙伴合作，确定可推动先进制造和工程现代化的项目。” 大学还将在一个磁屏蔽室中进行投资，这将使用户能够对人体进行构建和测试。该房间由诺丁汉大学量子技术中心的学者创办的衍生公司Cerca Magnetics提供，该房间包含多层mu-metal和消磁线圈，这些线圈安装在墙壁上。极低的地磁场将有助于超灵敏磁力计的成功运行。 该房间配备了优质的投影仪，眼球追踪器和声音传输系统，将特别适合测试指定用于磁脑图（MEG）的传感器，这是一种功能性神经成像技术，可通过记录大脑中自然产生的电流产生的磁场来绘制大脑活动图。 查看详细>>

激光束已被用来减慢抗氢原子，这是由纯反物质制成的最简单的原子。该技术可能使宇宙的某些基本对称性能够以极高的精度进行探测。 粒子物理学的标准模型具有奇怪的潜在特征，即假设以某种方式对其进行微观转化时，不会预测到微观现象会发生变化。这些基本约束之一称为CPT对称性。它暗示着，如果将宇宙中的所有物质同时替换为反物质并转换成其镜像，并且时间流逆转，则由此产生的假设宇宙将在微观层面上与我们自己无法区分。爱因斯坦的广义相对论所基于的等价原理进一步预测，物质和反物质以相同的加速度落到地上。 这两个限制是如此基础，以至于没有它们，很难对自然界形成一致的理解。尽管如此，还是值得测试一下它们是否真的支持使用最先进的技术进行的超精密测量，因为任何偏差（无论偏差如何小）都将迫使科学家从根本上重新考虑我们物理学理论的基础。Baker等人（ALPHA合作成员）在《自然》杂志上撰文称，朝着这一目标迈出了重要一步。通过将它们浸泡在紫外线激光束中，它们已经将反氢原子（氢的反物质对应物）减慢到空前的低速。这可以允许以极高的精度进行原子的测量。 查看详细>>

迈克尔·库斯伯特（Michael Cuthbert）博士被任命为国家量子计算中心（NQCC）总监，以帮助实现英国成为量子经济的雄心。 作为英国国家量子技术计划（NQTP）的一部分，英国研究与创新（UKRI）将投资9300万英镑建立NQCC。 变革性技术 该NQTP，十一年，£1个英镑十亿计划，推出加快，将会对经济和社会的许多领域一个革命性影响量子技术的发展。 Cuthbert博士于2020年2月被任命为NQCC临时主管，并领导了该中心的启动阶段，包括启动和发布其战略意图。 雄心勃勃的目标 他将继续领导建立NQCC的工作，并实现开发完全可扩展，容错的量子计算机的目标。 该中心将与蓬勃发展的英国初创企业和零部件供应商社区合作，开发可持续发展的产业，以实现英国成为量子经济的雄心。 量子经济 在被任命为临时董事之前，他曾担任牛津仪器公司的业务发展总监和量子技术部门主管。 通过担任各种高级领导，商业和技术职务，他在将复杂技术系统推向市场（尤其是针对应用程序）方面拥有丰富的行业经验。 与新兴的量子计算的早期采用者一起开发用例和应用程序是该中心的关键交付成果。 产生积极影响 卡斯伯特博士说： 我对量子计算及其在气候社会和清洁能源等社会最大挑战中产生积极影响的潜力充满热情。 我很高兴被任命为董事，并为我们带领NQCC从发射到中心运营的前进而感到无比自豪。 毫无疑问，NQCC将为英国的国家计划以及与我们的国际同事一起做出重要的贡献。 联合倡议 该中心是UKRI工程与物理科学研究委员会（EPSRC）和科学技术设施理事会（STFC）的联合倡议。 该基地将设在牛津郡STFC的校园内，计划于2023年初开放并投入运营。 依靠英国的优势 NQCC将建立在英国通过NQTP第一阶段确立的量子计算实力的基础上，并将成为英国更广泛的量子计算领域的关键组成部分。 这包括： 量子技术研究中心 产业战略挑战基金中的量子挑战和计划 博士培训 以及该领域的工业活动。 NQCC在未来几年建立了创新的活动计划，其中包括： 与政府，学术界和企业界的主要利益相关者广泛合作，建立用户社区 开展雄心勃勃的技术开发计划 在英国量子计算社区的中心建立中心。 世界上第一个量子就绪型经济 EPSRC执行主席Dame Lynn Gladden教授说： “NQCC将在实现英国成为世界上第一个量子就绪型经济的目标中发挥关键作用。我们非常幸运能够任命迈克尔为国家质量控制委员会的常任理事。他的远见卓识和领导才能已经帮助定义了英国在量子计算领域的雄心。我们期待在量子计算方面开辟新天地，作为我们对英国量子技术的更广泛承诺的一部分。” NQCC的野心 STFC执行主席Mark Thomson教授说：“迈克尔已经在其临时职位上证明了他拥有知识和领导能力，可以推动这一雄心勃勃的项目改变英国在量子技术方面的能力。这是一次伟大的任命，我完全相信迈克尔将成功实现NQCC的雄心壮志，并将中心带到国家量子界的最前沿。” 查看详细>>

引力理论与宇宙学研究小组的主要工作涉及数学和数值相对论的应用，以研究宇宙的起源、演化和未来以及与黑洞物理学的关系以及引力理论的其他方面的理论。 物理宇宙学提供了当今一些最激动人心的科学机会。有大量的观测数据，这些数据指出了新奇的难题：什么是造成似乎特殊的初始条件的动力机制，这种初始条件播种了所有结构，包括所有行星、恒星和星系？物质基本成分的起源是什么？是什么驱动当前的加速扩张阶段？宇宙的未来是什么？ 我们的目标是发展出解决这些问题的完整的宇宙起源、演化和未来理论。我们对基于从上一收缩阶段到当前扩张阶段的经典（非奇异）反弹取代大爆炸的场景特别感兴趣。跳动模型除了提供对所有结构起源的有力解释之外，还为宇宙奇点问题提供了潜在的解决方案，并暗示了我们可能生活在周期性宇宙中的令人兴奋的可能性，即每1000亿年左右发生一次反弹。 除了建立模型外，我们还创建了新的工具来求解爱因斯坦广义相对论及其后的完全非线性方程，目的是测试宇宙学模型的可行性并确定其对即将到来的观测结果的预测，尤其是西蒙斯天文台和引力波干涉仪。 此外，我们有兴趣研究与基本物理学的联系以及在涉及时空奇点的其他情况下（例如黑洞）对引力理论的影响。 查看详细>>

大型无源谐振陀螺仪（PRG）已用于地球自转的测量。我们报告了在大型PRGs中的相敏外差检测方案。通过将三个分开的光束注入到环形腔的不同纵向模式中，并对检测到的信号进行自解调，可以隔离后向散射干扰和腔长度波动效应。通过实施该新方案，我们可以获得Sagnac频率的地球旋转信号，该频率是传统方案的两倍，从而增强了激光陀螺仪的等效比例因子。另一方面，由于信噪比的提高，还可以进一步抑制仪器的量子噪声极限。使用这种新方案，3 m×3 m大型PRG的理论旋转灵敏度可低至10-12 rad/s/√Hz。利用这种旋转灵敏度，可以实现一天的长度的测量或广义相对论的检验。 查看详细>>

量子引力与统一理论部门致力于在超弦理论和规范量化的框架内统一量子理论和广义相对论的理论的发展。 尽管在过去几年中付出了巨大的努力，但目前尚不清楚一致的量子引力理论将是什么样，其主要特征是什么。鉴于这些不确定性，最佳策略似乎是既多样化又跨学科的策略。因此，该系旨在代表当前所有主要的量子引力方法，特别是超重力和弦论及其现代发展，以及规范量化（例如环量子引力）和量子引力的离散模型。 量子引力的经典方法强调了几何方面，似乎很适合处理量子引力未解决的概念性问题，例如时间问题或对宇宙波函数的解释。在过去的十年中，在环形量子引力的框架中获得了重要的新见解，其现代变体（旋转泡沫引力和群场理论）是该系的主要研究方向之一。这种方法是对旧的地球动力学方法的补充和扩展，它采用了非扰动和背景独立的框架，从而（至少在原理上）描述了几何形状本身的波动，并导致了普朗克尺度上的离散结构。以这个为基础，现在有可能研究引力和时空本身的完整量子动力学。最近，这些概念已成功应用于宇宙论和黑洞奇点的研究，而经典广义相对论则被打破了。这样，就有可能了解如何在量子宇宙学中“溶解”古典相对论的“大爆炸”奇点。 另一方面，弦论在解决量子引力问题时采取了截然不同的出发点。数学一致性的要求和扰动量化引力的不可重新归一化，以及结合非引力相互作用的需要，可能会迫使我们在最小距离（普朗克尺度）上修改爱因斯坦理论。这不仅可能导致其他基本力的几何化（例如，Kaluza-Klein理论和超重力）以及物质和引力的统一，还可能导致一种全新的理论，可以解释时空是如何溶解的。在很小的距离上，爱因斯坦的理论仅作为一种有效的低能理论出现，并且在高于普朗克尺度的距离以上有效。超弦和超膜理论，迄今为止，超对称矩阵理论是这个方向上最有前途的分析。该部门的成员最近在该领域取得了重大进展，特别是所谓的AdS/CFT对应关系的框架，以及对某些无限维对称性的研究，这些对称性可能是对字符串的统一且非扰动的描述的基础。 查看详细>>

光子（电磁场的量子激发）是无质量的，但带有动量。因此，光子在碰撞时可以在物体上施加力。40年前首次证明了通过施加这种力来减慢原子和离子的平移运动，即所谓的激光冷却。在随后的几十年中，它彻底改变了原子物理学，现在已成为许多领域的主力军，包括对量子简并气体、量子信息、原子钟和基础物理学测试的研究。但是，该技术尚未应用于反物质。在这里，我们演示了激光冷却的反氢原子，它是由一个反质子和一个正电子组成的反物质原子。通过用脉冲，窄线宽的Lyman-α激光辐射激发反氢中的1S–2P跃迁，我们多普勒冷却了磁捕获的反氢样品。尽管我们仅在一个维度上应用激光冷却，但捕集阱将反原子的纵向和横向运动耦合在一起，从而导致在所有三个维度上的冷却。我们观察到中值横向能量减少了一个数量级以上，其中大部分反原子获得了亚微电子伏特横向动能。我们还报告了在激光冷却的反氢原子样品中激光驱动的1S–2S跃迁的观察结果。观察到的光谱线比没有激光冷却时获得的光谱线窄大约四倍。激光冷却的演示及其直接应用对反物质研究具有深远的意义。更加局限、更密集和更冷的反氢样品将极大地改善正在进行的实验中反氢的光谱和引力研究。此外，通过激光控制反物质原子运动的能力将为未来的实验提供突破性机会，例如反原子喷泉、反原子干涉测量法和反物质分子的产生。 查看详细>>

激光干涉法和引力波天文学部门的研究重点是在地球以及太空中引力波探测器的开发。这也包括在量子光学和激光物理学领域的全方位支持实验室实验。 经过几十年的发展，引力波研究终于达到了目标：当今的天文台已经达到直接检测引力波所需的灵敏度。迄今为止已观察到的五十种信号以及对我们宇宙的全新见解证明了这一成功。“激光干涉测量和引力波天文学”部门的科学家是该领域的世界领先者。 地球上的干涉仪 他们与英国同事一起操作GEO600引力波探测器，并开发了最新的最新技术。AEI开发的许多方法，例如探测器的高功率激光系统，已在世界上所有主要的引力波观测站中使用。在这次国际合作中，这些机构正在为未来的探测器技术做出重要贡献。AEI还极大地参与了欧洲第三代引力波探测器“爱因斯坦望远镜”的开发。 太空干涉仪 引力波检测最壮观的项目是“激光干涉仪太空天线”（LISA），这是由欧洲航天局ESA领导的太空观测站，计划于2034年发射。该研究所是LISA开发方面的世界领先研究机构。LISA将在三颗卫星之间布局跨越数百万公里长的激光。这将使其足够灵敏，可以听到来自整个宇宙的引力波。LISA探路者–LISA的ESA测试任务–让AEI研究人员参加，并展示了关键LISA技术的可行性。AEI为重力测量任务GRACE Follow-On贡献激光干涉仪，使基础研究中的引力波技术可用于当今的气候研究。 量子控制 研究“量子控制”在研究所引力物理在莱布尼兹Universität大学汉诺威，其与AEI汉诺威密切合作，主要感兴趣的连续测量和在等于或低于量子能级噪声表现出的光学系统的稳定化。 查看详细>>