摘要
科學技術設施委員會 (Science and Technology Facilities Council, STFC) 與工程與物理科學研究委員會 (Engineering and Physical Sciences Research Council) 共同資助 600 萬英鎊 (約2.1億新台幣) 於英國量子技術發展，支持十七項新計畫，分別由來自英國 18 個不同機構的研究員執行，目標是利用量子技術解決基礎研究問題。這筆資金將會支持英國學術界繼續探索量子技術在基礎科學中的應用多樣性，例如從中微子質量 (neutrino mass) 研究、探索違反自然基本的對稱性 (symmetries) 、測試反物質和物質是否具有相同的引力相互作用以及建立全球最靈敏的超輕暗物質探測器。
內文
十七個新計畫將利用量子技術，從反物質引力探索到暗物質探測來解決基礎研究問題。
英國研究創新局為此投資600萬英鎊 (約2.1億新台幣)，並支持其現有的基礎物理量子技術 (Quantum Technologies for Fundamental Physics) 計劃。
該計劃由科學技術設施委員會 (Science and Technology Facilities Council, STFC) 以及工程與物理科學研究委員會 (Engineering and Physical Sciences Research Council) 共同資助。
這些資金鼓勵高風險發現，旨在展示量子技術如何解決基礎物理學中長期存在的問題。
寶貴的貢獻
科學技術設施委員會計畫執行主任葛哈梅布萊爾 (Grahame Blair) 教授表示 ：「這一系列新計畫應使用量子計算、影像、傳感和模擬等尖端量子技術為我們對宇宙的理解做出寶貴貢獻。新的資金將持續支持英國學術界於探索量子技術在基礎科學中的應用多樣性，從中微子質量 (neutrino mass) 研究到尋找違反自然基本的對稱性 (symmetries) 。」
倫敦帝國理工學院的麥可凡尼爾 (Michael Vanner) 博士是其中一個計畫的首席研究員。他說：「我們很振奮這筆資金的支持使我們能夠利用我們為量子技術開發的工具和技術來解決基礎物理學上很有趣的一個問題。」
一個基本的步驟
來自伯明翰大學的維瑞古瑞拉 (Vera Guarrera) 博士是其中一個計畫的聯合研究員。她談到：「這筆資金將使我們能夠實現一種溫度非常低的激光冷卻鈣離子晶體，我們將在其中植入一種稱為锎 (californium) 的高電荷態離子 (highly-charged ion)。該晶體將用於將高電荷態離子的溫度降低到接近絕對零度 (absolute zero)，這一過程稱為協同冷卻 (sympathetic cooling)。這是完成锎高電荷態離子的原子鐘的基本步驟。這樣一個獨特的時鐘可望成為全球最靈敏的超輕暗物質探測器。」
範例計畫
合成聲音的量子態 (quantum states) 並聆聽它們告訴我們的有關宇宙的訊息。
著名的薛定格的貓 (The Schrodinger cat) 思想實驗強調：
·量子力學有多奇妙
·我們對於世界中的量子和傳統觀之間模糊界限的理解具局限性
利用量子技術和我們現在控制光的量子性質的精湛能力，該計畫旨在闡明和檢驗這一邊界。這是通過在溫度接近絕對零度的微小晶體中創建高頻聲波的量子態來實現的。
充當強大的視角
超過一萬億個原子將參與這些聲波。從量子領域的角度來看確實是大規模的，但從我們日常生活的角度來看仍然是微觀的。
在這種規模上生成和研究量子行為將扮演一個強大的新視角，我們可以藉由它來檢視物理學的基礎並揭示所需的訊息：
·為什麼我們在日常生活中看不到量子行為？
·為什麼量子態如此脆弱？
·重力在這個邊界上有任何作用嗎？
反物質引力的量子感測 (Quantum sensing)
按照我們目前對物理學的理解（即粒子物理學的標準模型, Standard Model of particle physics），我們不應該存在！
我們的太陽系、銀河系 (Milky Way Galaxy) 和整個可觀測的宇宙似乎只由物質組成。
標準模型堅持認為，當大爆炸 (Big Bang) 後能量轉化為物質時，也應該產生等量的反物質。這個基於深度對稱性的想法與我們所在的由物質主導的宇宙不一致。
為了解釋這一點，以所有可能的方式測試反物質的性質，尋找物質-反物質對稱性的小裂縫則顯得至關重要。
QSAG計畫
反物質引力量子感測（quantum sensing for antimatter gravity, QSAG）計畫旨在測試反物質和物質是否具有相同的引力相互作用。這是通過測量重力對正電子 (positronium) 的影響來實現的，正電子是一個獨特的系統，由一個電子（物質）與類氫原子中的正電子（反物質）結合組成。
反物質引力量子感測將採用（反）物質波干涉法，利用高激發態 (highly-excited)的正電子（里德伯 Rydberg）來測量地球重力場的影響，從而首次直接測量反物質重力。
更多訊息
閱讀有關國家量子技術計劃的更多訊息。
資助計畫列表
以下17 項資助計畫包含來自英國 18 個不同機構的研究人員：
反物質引力的量子感測
機構：倫敦大學學院
MeVQE：世界領先的 MeV 尺度糾纏 (entanglement) 物理中心
機構：約克大學
用於暗物質探測的懸浮量子光機械傳感器的開發
機構：倫敦大學學院
用光的量子力學 (quantum photonics) 模擬高能物理
機構：布里斯託大學
ParaPara：使用量子順電 (paraelectricity) 的量子參數放大器
機構：蘭開斯特大學、倫敦大學學院
核物理的量子計算
機構：薩里大學
超冷宇宙模擬器
機構：紐卡斯爾大學
使用原子干涉測量法 (interferometry) 測試暗能量理論
機構：倫敦帝國理工學院、諾丁漢大學
使用鍶 (strontium) 原子時鐘躍遷進行微分原子干涉測量和選速器 (velocity selection) 以建構AION
機構：倫敦帝國理工學院、牛津大學、STFC實驗室、伯明翰大學、劍橋大學
探討在混合光物質（電磁極化子 polariton）超流體中形成的模擬黑洞中的潘若斯過程 (Penrose processes)
機構：謝菲爾德大學
合成聲音的量子態並聆聽它們所傳達的有關宇宙的訊息
機構：倫敦帝國理工學院
量子色動力學 (quantum chromodynamics) 的量子模擬算法
機構：劍橋大學
加速開發用於測量不同基本常數的新型時鐘
機構：伯明翰大學、倫敦帝國理工學院
用於暗物質檢測的量子跳躍傳感器
機構：倫敦帝國理工學院
增加量子增強干涉測量的科學範圍
機構：卡迪夫大學、思克萊德大學、伯明翰大學、華威大學、格拉斯哥大學
捕捉電子以量測微中子 (neutrino) 質量
機構：蘇塞克斯大學
懸浮量子鑽石
機構：華威大學、倫敦大學學院
譯自英國研究創新局 2022年8月3日
https://www.ukri.org/news/6-million-to-spur-the-uks-quantum-leap/
