图 （A）宇宙构成成分图；（B）基于城际量子传感网络的暗物质搜寻

　　在国家自然科学基金项目（批准号：T2388102, 92476204等）等资助下，中国科学技术大学自旋磁共振实验室彭新华教授、江敏教授及其合作者系统发展了核自旋量子精密测量技术，构建了国际首个基于核自旋的城际量子传感网络，并首次在实验上突破了对拓扑缺陷轴子暗物质约束的天体物理观测极限。相关成果以 “分布式城际量子传感器对轴子暗物质的约束（Constraints on axion dark matter by distributed intercity quantum sensors）” 为题，于 2026 年 1 月 29 日在线发表在《自然》（Nature），论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-10034-w。

　　暗物质是宇宙中最重要却最神秘的成分之一，其微观本质仍未被揭示。轴子因其理论动机充分，被认为是最有希望的暗物质候选粒子之一，其在宇宙早期相变中可能形成类似宇宙弦或畴壁的拓扑缺陷结构。当这类结构穿越地球时，会与探测器中的原子核自旋发生相互作用产生瞬态旋转信号，但信号极其微弱且持续时间短，对探测技术提出了极高要求。为解决这一难题，研究团队创新性地发展了核自旋量子精密测量方法，突破了惰性气体原子核自旋对瞬时信号响应不足的瓶颈，将微秒级暗物质信号“存储”到分钟级核自旋相干态中，并结合自主提出的核自旋量子放大技术，将信号放大至少 100 倍，使自旋旋转探测灵敏度提升至约 1 微弧度，较传统实验室技术有显著提高。

　　在此基础上，团队构建了国际首个基于核自旋的城际量子传感网络，由分布于合肥—杭州的五台自主研发的核自旋量子传感器组成，通过卫星同步实现 320 公里尺度的分布式量子传感。该网络可利用长基线带来的信号延迟与相位差，实现对潜在暗物质事件的高置信度鉴别，并将误报率降低约三个数量级。连续两个月的观测与多节点数据关联分析虽未发现显著暗物质事件，但由此获得了迄今最严格的拓扑缺陷轴子-中子耦合实验室限制，在 10 peV 至 0.2 μeV 范围内显著提升了探测灵敏度，尤其在 84 peV 附近的耦合尺度约束比超新星 SN1987A 的天体物理限制高出 40 倍，首次实现对轴子拓扑缺陷暗物质的实验室探测超越天文观测。该研究不仅为拓扑缺陷暗物质探测提供了全新路径，也为未来开展轴子星、轴子弦等瞬态新物理现象的搜索奠定了基础，并有望与引力波天文台等设施协同，构建多信使观测网络，开辟探索宇宙极端事件与暗物质关联的新方向。