Identificar a matéria escura, a substância invisível que se acredita manter as galáxias intactas, é um dos mistérios mais duradouros da física. Embora não possa ser diretamente observada ou tocada, os investigadores suspeitam que a matéria escura deixa vestígios ténues. Esses sinais sutis podem ser detectados usando tecnologia quântica avançada que pode detectar perturbações extremamente pequenas.
Uma equipe da Universidade de Tohoku propôs uma nova técnica para tornar os sensores quânticos mais poderosos, conectando-os em redes cuidadosamente projetadas. Esses sensores baseiam-se nos princípios da física quântica para medir pequenas flutuações que os instrumentos comuns podem não perceber. Ao conectá-los a padrões otimizados, os pesquisadores acreditam que pode ser possível detectar a indescritível impressão digital da matéria escura com uma precisão sem precedentes.
Qubits supercondutores tornam-se descobridores cósmicos
Centro de pesquisa sobre qubits supercondutores, minúsculos circuitos eletrônicos mantidos em temperaturas ultrabaixas. Esses qubits são normalmente usados em computadores quânticos, mas neste caso atuam como detectores ultrassensíveis. O conceito é semelhante ao trabalho em equipe – enquanto um único sensor pode ter dificuldade para captar um sinal fraco, uma rede integrada de qubits pode amplificá-lo e detectá-lo de forma mais eficaz.
Para testar essa ideia, a equipe experimentou diferentes tipos de estruturas de rede, incluindo configurações em anel, linha, estrela e totalmente conectadas. Eles construíram sistemas usando quatro e nove qubits e depois aplicaram metrologia quântica variacional (uma técnica que funciona como o treinamento de um algoritmo de aprendizado de máquina) para ajustar como os estados quânticos eram preparados e medidos. Para melhorar ainda mais a precisão, eles usaram a inferência bayesiana para reduzir o ruído, semelhante a aumentar a nitidez de uma fotografia borrada.
Resultados poderosos mostram potencial do mundo real
As redes otimizadas superam consistentemente as abordagens convencionais, mesmo quando é adicionado ruído realista. Este resultado sugere que o método pode ser aplicado a dispositivos quânticos já existentes.
“Nosso objetivo era aprender como organizar e ajustar sensores quânticos para que pudessem detectar a matéria escura de forma mais confiável”, explicou o Dr. Le Binh Ho, principal autor do estudo. “A estrutura da rede desempenha um papel fundamental no aumento da sensibilidade e mostramos que isso pode ser feito usando circuitos relativamente simples.”
Além da busca pela matéria escura, essas redes de sensores quânticos poderiam impulsionar grandes avanços tecnológicos. As aplicações potenciais incluem radar quântico, detecção de ondas gravitacionais e cronometragem altamente precisa. No futuro, o mesmo método poderá ajudar a melhorar a precisão do GPS, melhorar as ressonâncias magnéticas do cérebro e até mesmo revelar estruturas subterrâneas ocultas.
“Esta pesquisa mostra que redes quânticas cuidadosamente projetadas podem ultrapassar os limites do que é possível em medições de precisão”, acrescentou o Dr. “Isso abre a porta para o uso de sensores quânticos, não apenas em laboratório, mas em dispositivos do mundo real que exigem extrema sensibilidade”.
Próximos passos para a pesquisa quântica
Olhando para o futuro, a equipe da Universidade de Tohoku planeja estender esta abordagem a redes de sensores maiores e desenvolver técnicas para torná-las mais resistentes ao ruído.
Suas descobertas foram publicadas Exame físico d Em 1º de outubro de 2025.
