用于暗光子搜索的可扩展架构：超导量子比特原理验证

由于暗光子有望开启超越标准模型的新物理学窗口，它是一个极具研究动机的暗物质候选者。一个基本的质量范围灵敏度困境始终困扰着暗光子搜索实验：谐振晕镜具有极佳的灵敏度但是窄带的，而非谐振的则反之。集成大量谐振晕镜的可扩展架构将是解决这一困境的理想方案。然而，由于暗光子波长对传统晕镜施加的尺寸限制，可扩展搜索的概念至今仍鲜有探索。在此，我们提出并演示了一种使用超导量子比特作为亚波长晕镜单元的新颖架构。得益于超导量子比特的可扩展性，可以在芯片级器件上集成多个不同频率的量子比特。此外，量子比特的频率可被调谐以扩展搜索质量范围。因此，我们的架构允许在较宽的质量范围内高灵敏度地搜索暗光子。作为原理验证实验，我们设计并制造了一个三量子比特芯片，并成功演示了可扩展的暗光子搜索。我们的工作在 15.632 $\mu$eV$\sim$15.638 $\mu$eV、15.838 $\mu$eV$\sim$15.845 $\mu$eV 和 16.463 $\mu$eV$\sim$16.468 $\mu$eV 的质量范围内同时确立了对暗光子的限制，且这些限制比宇宙学限制严格得多。我们的工作未来可进一步扩展以加强对新物理学的审查，并推广至搜索更多暗物质候选者，包括暗光子、轴子和类轴子粒子。