Откривање тамне материје, невидљиве супстанце за коју се сматра да одржава галаксије нетакнутом, остаје једна од најтрајнијих мистерија у физици. Иако се не може директно посматрати или додиривати, истраживачи сумњају да тамна материја за собом оставља слабе трагове. Ови суптилни сигнали се могу открити коришћењем напредних квантних технологија које могу осетити изузетно мале сметње.
Тим са Универзитета Тохоку предложио је нову стратегију да квантне сензоре учини моћнијим повезујући их заједно у пажљиво дизајниране мреже. Ови сензори се ослањају на принципе квантне физике за мерење ситних флуктуација које би обични инструменти пропустили. Повезујући их у оптимизоване обрасце, истраживачи верују да је могуће открити неухватљиве отиске прстију тамне материје са невиђеном прецизношћу.
Суперпроводни кубити постају космички детектори
Истраживања су усредсређена на суперпроводне кубите, сићушна електронска кола која се држе на екстремно ниским температурама. Ови кубити се обично користе у квантним рачунарима, али у овом случају делују као ултраосетљиви детектори. Концепт је сличан тимском раду – док се један сензор може борити да ухвати слаб сигнал, координирана мрежа кубита може да га појача и идентификује далеко ефикасније.
Да би тестирао овај концепт, тим је експериментисао са неколико типова мрежних структура, укључујући прстенасте, линијске, звездасте и потпуно повезане конфигурације. Изградили су системе користећи четири и девет кубита, а затим применили варијантну квантну метрологију (технику која функционише слично као обучавање алгоритма за машинско учење) да фино подесе начин на који су квантна стања припремљена и мерена. Да би додатно побољшали тачност, користили су Бајесову процену да би смањили шум, слично изоштравању замућене фотографије.
Снажни резултати показују потенцијал из стварног света
Оптимизоване мреже су доследно надмашиле конвенционалне приступе, чак и када је додат реалистичан шум. Овај резултат сугерише да би се метода већ могла применити на постојећим квантним уређајима.
„Наш циљ је био да откријемо како да организујемо и фино подесимо квантне сензоре тако да могу поузданије да открију тамну материју“, објаснио је др Ле Бин Хо, водећи аутор студије. „Структура мреже игра кључну улогу у повећању осетљивости, а ми смо показали да се то може урадити коришћењем релативно једноставних кола.“
Осим лова на тамну материју, ове мреже квантних сензора могле би довести до великог напретка у технологији. Потенцијалне примене укључују квантни радар, детекцију гравитационих таласа и веома прецизно мерење времена. У будућности, исти приступ би могао помоћи у побољшању прецизности ГПС-а, побољшању МР скенирања мозга, па чак и откривању скривених подземних структура.
„Ово истраживање показује да пажљиво дизајниране квантне мреже могу да помере границе онога што је могуће у прецизном мерењу“, додао је др Хо. „То отвара врата коришћењу квантних сензора не само у лабораторијама, већ иу стварним алатима који захтевају екстремну осетљивост.
Следећи кораци за квантна истраживања
Гледајући унапред, тим Универзитета Тохоку планира да прошири ову методу на веће мреже сензора и развије технике које ће их учинити отпорнијим на буку.
Њихови налази су објављени у Физички преглед Д 1. октобра 2025. године.
