طور باحثون في جامعة توهوكو طريقة لتعزيز الحساسات الكمومية من خلال ربط الكيوبيتات الفائقة التوصيل في شبكات محسنة، مما قد يكشف إشارات ضعيفة من المادة المظلمة. يتفوق هذا النهج على الطرق التقليدية حتى في ظروف الضوضاء الواقعية. يمكن أن تمتد النتائج إلى تطبيقات في الرادار، والتصوير بالرنين المغناطيسي، وتقنيات الملاحة.
كشف المادة المظلمة، المادة غير المرئية التي يُعتقد أنها تحافظ على تماسك المجرات، يظل تحديًا كبيرًا في الفيزياء. بينما لا يمكن ملاحظتها مباشرة، يشتبه العلماء في أنها تترك آثارًا خفية قد تلتقطها التقنيات الكمومية المتقدمة. قدم فريق من جامعة توهوكو استراتيجية لتعزيز حساسية الحساسات الكمومية من خلال ربطها في شبكات مصممة بعناية.
تركز البحوث على الكيوبيتات الفائقة التوصيل، وهي دوائر إلكترونية صغيرة تحافظ على درجات حرارة منخفضة للغاية. عادةً ما تُستخدم في الحواسيب الكمومية، تخدم هذه الكيوبيتات هنا ككاشفات فائقة الحساسية. من خلال تنظيمها في أنماط مثل الحلقات أو الخطوط أو النجوم أو الهياكل المتصلة بالكامل، تعزز الشبكات الإشارات الضعيفة بشكل أكثر فعالية مما يمكن لمستشعر واحد القيام به.
اختبر الفريق أنظمة بأربعة وتسعة كيوبيتات، مستخدمين ميترولوجيا كمومية متنوعة —مشابهة لتدريب خوارزمية تعلم آلي— لتحسين إعداد الحالة الكمومية والقياس. كما طبقوا التقدير البايزي للتخفيف من الضوضاء، مشابهًا لشحذ صورة مشوشة. حتى مع إضافة ضوضاء واقعية، تفوقت الشبكات المحسنة على النهج التقليدية.
"كان هدفنا معرفة كيفية تنظيم وتهيئة دقيقة للحساسات الكمومية حتى تتمكن من كشف المادة المظلمة بشكل أكثر موثوقية"، قال الدكتور لي بين هو، المؤلف الرئيسي للدراسة. "تلعب هيكل الشبكة دورًا رئيسيًا في تعزيز الحساسية، وقد أظهرنا أنه يمكن القيام بذلك باستخدام دوائر بسيطة نسبيًا."
بالإضافة إلى كشف المادة المظلمة، تحمل التقنية وعودًا للرادار الكمومي، وكشف الموجات الثقالية، والتوقيت الدقيق، وتحسين دقة GPS، وتحسين فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي، وخرائط الهياكل تحت الأرض. "تظهر هذه البحوث أن الشبكات الكمومية المصممة بعناية يمكن أن تدفع حدود ما هو ممكن في قياس الدقة"، أضاف الدكتور هو. "تفتح الباب لاستخدام الحساسات الكمومية ليس فقط في المختبرات، بل في أدوات العالم الحقيقي التي تتطلب حساسية قصوى."
يخطط الفريق للتوسع إلى شبكات أكبر وتحسين مقاومة الضوضاء. نشرت عملهم، الذي شارك في تأليفه أدرييل آي. سانتو سو، في Physical Review D في 1 أكتوبر 2025.