问题——量子效应长期受限于“小体系、强隔离” 量子力学预言的随机涨落与不确定性，已原子、离子、超导电路等小尺度体系中被反复验证。但当研究对象扩展到肉眼可见的宏观物质时，环境热噪声、电磁干扰以及材料内部耗散会迅速抬高本底，量子信号很容易被“经典噪声”淹没。尤其在核磁共振等传统测量中，往往需要施加强射频脉冲激发自旋，再读取回波信号。这种“主动驱动”不仅可能扰动体系，还会带来额外噪声与系统误差，使宏观样品的量子本征涨落难以直接呈现。 原因——极低噪声平台与“只测不扰”的读出方式形成合力 研究团队将样品置于稀释制冷机的超低温环境，将温度降至1开尔文以下，从源头压低电路热噪声与外界扰动；同时采用超导量子干涉仪（SQUID）磁通计作为核心读出器件。SQUID依托超导回路对微弱磁通变化极为敏感，被认为是目前最灵敏的磁测量手段之一。实验样品包括聚四氟乙烯中的氟-19核自旋与尼龙中的氢核自旋，自旋总数约5×10²¹，相比以往同类实验可探测的自旋规模大幅提升。 更关键的是，该工作改写了“先激发再测量”的流程：研究人员不再用高能射频脉冲“翻转”自旋，而是让自旋在热平衡附近自然涨落，并利用电路本征噪声充当极弱“驱动”。当核自旋共振频率与读出电路共振频率匹配时，自旋会对电路产生细微反作用，体现为共振频率偏移与线宽变化。通过把电路本底噪声压到低于自旋量子涨落的水平，团队得以直接观测核自旋投影噪声这个量子信号，实现接近“零干扰”的测量。 影响——测量精度与尺度同时跃升，为宏观量子研究树立标尺 论文结果显示，团队测得的自旋角度涨落达到9纳弧度量级，较既有手段提升约四个数量级，表明在宏观物质中捕捉量子涨落已从概念走向可量化、可复现实验。同时，实验验证了量子涨落随自旋数量与极化程度变化的规律，与理论预测一致，为“宏观系统并非必然经典”的判断提供了更直接的证据。 这一进展不仅是纪录上的提升，也给出了更可操作的宏观量子探测路径：依靠极低温降噪、超高灵敏读出以及尽量减少外加扰动，宏大样品的量子本征噪声也可以成为测量对象，从而为精密测量、材料科学与基础物理研究提供新的信号来源。 对策——围绕噪声、样品与读出三条主线继续攻关 业内人士认为，要让该技术深入走向可用、易用，还需在三上优化：一是继续降低电路与环境噪声，包括提升超导器件品质因数、改进屏蔽与振动隔离；二是拓展更高质量、弛豫时间更长的样品体系，扩大可测核种范围，以提升相干性与有效观测时间；三是完善读出链路与标定方法，保持“少扰动”优势的同时，提高对频移、线宽等关键参数的分辨率与长期稳定性。研究团队已实现对自旋弛豫过程的长时间连续追踪，观测时长超过26小时，显示该路线在稳定性上具备进一步工程化的空间。 前景——无损分析、暗物质搜寻与量子传感有望形成多点突破 从应用角度看，“无激发”磁共振波谱学有望用于敏感材料的非侵入式检测。对一些容易受到强射频影响的样品，如特定化学品、生物活性物质等，新方法可避免高能脉冲带来的热效应与结构扰动，更适合进行温和的定性与定量分析。 在基础科学上，该高灵敏度平台也契合对超轻暗物质候选者“轴子”的搜寻思路。涉及的设想认为，轴子可能与核自旋发生极弱耦合并诱发可测的自旋进动信号。随着样品品质与读出灵敏度继续提升，这类实验有望在更宽频段、对应更低耦合强度的范围内推进，对新物理给出更强约束，为理解暗物质成分及相关基本对称性问题提供线索。 此外，该技术也为制备宏观自旋压缩态等量子资源打开了通道。若能在宏观自旋集合上实现超越标准量子极限的噪声抑制，未来在精密导航、地球物理勘探以及更高灵敏度的弱信号探测等方向，可能释放更大的应用潜力。
这项跨越微观与宏观界限的突破，让宏观物质中的量子涨落首次以更清晰、可量化的方式体现为来，也为“量子+”技术从实验室走向更多场景提供了现实路径；当万亿量级的粒子系统体现出可测的量子特性，我们或许正接近一些长期难以触及的新物理线索——那些曾被噪声掩盖的细微信号，正在更灵敏的测量手段下逐步显现。