Підписуйтеся на наш телеграм канал!
Японські науковці відкрили новий метод пошуку темної матерії за допомогою квантових сенсорів
Дослідники з Університету Тохоку (Японія) показали, що об’єднання квантових сенсорів у спеціально оптимізовані мережі може суттєво підвищити їхню чутливість. Це відкриває нові можливості для пошуку темної матерії — однієї з головних загадок сучасної фізики. Результати роботи опубліковані у журналі Physical Review D.
Темна матерія становить близько 27% маси Всесвіту, але не взаємодіє зі світлом, тому її неможливо спостерігати напряму. Вчені припускають, що вона залишає надзвичайно слабкі сигнали, які можна виявити лише за допомогою квантових приладів, здатних фіксувати мінімальні збурення.
У новому експерименті команда використала надпровідникові кубіти — мікроскопічні електричні кола, що працюють при наднизьких температурах і зазвичай застосовуються у квантових комп’ютерах. Їх адаптували як сенсори та об’єднали у різні мережеві структури: кільцеві, лінійні, зоряні та повністю з’єднані графи.
(Вгорі ліворуч) Склад Всесвіту, який показує, що темна матерія становить близько 27%. (Вгорі праворуч) Пропонована квантова сенсорна мережа, в якій надпровідні кубіти з’єднані в різних графічних структурах. (Внизу) Результати оцінювання, що демонструють відповідність істинному значенню, а також порівняння з квантовими межами. Джерело: Університет Тохоку
Для налаштування системи застосували метод варіаційної квантової метрології, схожий на машинне навчання. Алгоритм «тренував» сенсори знаходити оптимальні квантові стани для вимірювання. Для зменшення шуму використовувалася баєсівська фільтрація, що забезпечила високу точність навіть у реалістичних умовах.
«Ми хотіли зрозуміти, як організувати та налаштувати квантові сенсори так, щоб вони могли надійніше виявляти сигнали темної матерії», — пояснив провідний автор дослідження доктор Ле Бін Хо. За його словами, мережеві структури відіграють ключову роль у підвищенні чутливості. Окрім пошуку темної матерії, такі системи можуть застосовуватися у квантовому радарі, вимірюванні гравітаційних хвиль, надточному GPS, медичній візуалізації мозку та підземному картуванні.