Новая квантовая сеть сможет наконец-то обнаружить темную материю

Ученые предложили революционный подход к поиску темной материи. Вместо одиночных детекторов они предлагают использовать целые сети квантовых сенсоров, объединенных в специальные конфигурации, что может кардинально повысить шансы обнаружить неуловимые следы этого таинственного вещества.

Темная материя — это загадочная невидимая субстанция, которая, как считается, удерживает галактики от распада. Она составляет около 85% всей материи во Вселенной, но ее невозможно увидеть или потрогать — она не излучает свет и почти не взаимодействует с обычным веществом. Однако физики подозревают, что она оставляет едва заметные следы в виде крошечных возмущений, которые могут уловить только самые чувствительные приборы.

В основе нового метода, предложенного специалистами Университета Тохоку лежат сверхпроводящие кубиты — микроскопические электронные схемы, охлажденные почти до абсолютного нуля. Обычно их используют в квантовых компьютерах, но японские ученые превратили их в сверхчувствительные детекторы. Принцип простой: если один сенсор может пропустить слабый сигнал, то скоординированная сеть из нескольких кубитов способна его усилить и точно идентифицировать.

Специалисты протестировали различные варианты соединения сенсоров: в форме кольца, линии, звезды и полностью связанной сети. Они создали системы из четырех и девяти кубитов, а затем применили метод вариационной квантовой метрологии — своего рода обучение системы, похожее на тренировку искусственного интеллекта. Для повышения точности использовалась байесовская оценка, которая убирает шумы подобно тому, как компьютерные программы улучшают размытые фотографии.