Mørkt stof kan måske endelig blive afsløret takket være nyt kvantenetværk

I årtier har forskere kæmpet for at afdække den mørke materies sande natur – den usynlige kraft, som menes at holde galakserne sammen.

Nu mener en gruppe forskere i Japan, at kvanteteknologi endelig kan bringe dette mysterium inden for rækkevidde.

At bygge den usynlige forbindelse

Et hold fra Tohoku University har foreslået en metode til at gøre kvantesensorer langt mere følsomme ved at forbinde dem i strukturerede netværk.

Disse ultrapræcise instrumenter udnytter kvantemekanik til at opdage små udsving, som almindelige sensorer overser.

Ved at arrangere dem i bestemte mønstre foreslår forskerne, at det kan blive muligt at opfange svage spor efter mørk materie med hidtil uset nøjagtighed.

Undersøgelsen fokuserer på superledende qubits – bittesmå kredsløb, der nedkøles til næsten det absolutte nulpunkt. De bruges normalt i kvantecomputere, men kan også fungere som detektorer, der kan opfange signaler svagere end en hvisken.

Når disse qubits arbejder sammen i et koordineret system, kan de forstærke mikroskopiske effekter, som en enkelt enhed ikke ville registrere.

Fra kredsløb til kosmos

For at teste konceptet byggede forskerne små netværk bestående af fire og ni qubits, arrangeret i forskellige former som ringe, linjer og stjerner.

De anvendte en metode kaldet variational quantum metrology – svarende til træningen af en maskinlæringsmodel – for at optimere samspillet mellem qubitsene.

Bayesianske estimeringsmetoder blev derefter brugt til at filtrere støj væk og forfine signalerne – som at gøre et sløret billede skarpt.

Holdets optimerede netværk klarede sig konsekvent bedre end traditionelle opsætninger, selv under realistiske og støjende forhold.

Denne succes antyder, at deres tilgang allerede kan implementeres ved hjælp af eksisterende kvantehardware.

”Vores mål var at finde ud af, hvordan man kan organisere og finjustere kvantesensorer, så de kan opdage mørk materie mere pålideligt,” sagde Dr. Le Bin Ho, hovedforfatter til artiklen, ifølge Science Daily.

”Netværksstrukturen spiller en nøglerolle i at øge følsomheden, og vi har vist, at det kan gøres med forholdsvis enkle kredsløb.”

Lovende anvendelser

Potentialet i sådanne kvantennetværk rækker langt ud over astrofysikken.

Forskere mener, at de samme teknikker kan bruges til at udvikle kvante-radarsystemer, forbedre detektorer til gravitationsbølger og gøre tidsmåling mere præcis end nogensinde før.

Fremtidige versioner kan endda forfine GPS-navigation, forbedre MR-skanninger eller kortlægge underjordiske strukturer, som er usynlige for traditionelle instrumenter.

”Denne forskning viser, at omhyggeligt designede kvantennetværk kan udvide grænserne for, hvad der er muligt inden for præcisionsmålinger,” sagde Dr. Ho. ”Den åbner døren for at bruge kvantesensorer ikke kun i laboratorier, men også i virkelige anvendelser, der kræver ekstrem følsomhed.”

At udvide horisonten

Den næste fase af projektet vil fokusere på at skalere disse netværk op og gøre dem mere modstandsdygtige over for miljømæssig støj.

Holdet håber, at sådanne systemer med tiden kan fungere som praktiske værktøjer i jagten på mørk materie – et af fysikkens mest undvigende mål.

Resultaterne blev offentliggjort den 1. oktober 2025 i Physical Review D.