Investigadores de la Universidad de Tohoku han desarrollado un método para mejorar sensores cuánticos conectando qubits superconductoros en redes optimizadas, lo que podría detectar señales débiles de materia oscura. Este enfoque supera a los métodos tradicionales incluso en condiciones de ruido realistas. Los hallazgos podrían extenderse a aplicaciones en radar, resonancia magnética y tecnologías de navegación.
Detectar la materia oscura, la sustancia invisible que se cree mantiene unidas a las galaxias, sigue siendo un gran desafío en la física. Aunque no se puede observar directamente, los científicos sospechan que deja rastros sutiles que las tecnologías cuánticas avanzadas podrían captar. Un equipo de la Universidad de Tohoku ha introducido una estrategia para aumentar la sensibilidad de los sensores cuánticos vinculándolos en redes diseñadas cuidadosamente.
La investigación se centra en qubits superconductoros, pequeños circuitos electrónicos mantenidos a temperaturas extremadamente bajas. Típicamente utilizados en computadoras cuánticas, estos qubits sirven aquí como detectores ultrasensibles. Al organizarlos en patrones como anillos, líneas, estrellas o estructuras completamente conectadas, las redes amplifican señales débiles de manera más efectiva que un solo sensor.
El equipo probó sistemas con cuatro y nueve qubits, empleando metrología cuántica variacional —similar a entrenar un algoritmo de aprendizaje automático— para optimizar la preparación del estado cuántico y la medición. También aplicaron estimación bayesiana para mitigar el ruido, similar a afilar una imagen borrosa. Incluso con ruido realista agregado, las redes optimizadas superaron los enfoques convencionales.
"Nuestro objetivo era descubrir cómo organizar y ajustar finamente los sensores cuánticos para que puedan detectar la materia oscura de manera más confiable", dijo el Dr. Le Bin Ho, autor principal del estudio. "La estructura de la red juega un papel clave en el aumento de la sensibilidad, y hemos demostrado que se puede hacer usando circuitos relativamente simples."
Más allá de la detección de materia oscura, la técnica promete aplicaciones en radar cuántico, detección de ondas gravitacionales, cronometraje preciso, mayor precisión en GPS, escaneos de resonancia magnética mejorados y mapeo de estructuras subterráneas. "Esta investigación muestra que las redes cuánticas diseñadas cuidadosamente pueden empujar los límites de lo posible en la medición de precisión", agregó el Dr. Ho. "Abre la puerta al uso de sensores cuánticos no solo en laboratorios, sino en herramientas del mundo real que requieren sensibilidad extrema."
El equipo planea escalar a redes más grandes y mejorar la resiliencia al ruido. Su trabajo, coescrito con Adriel I. Santoso, fue publicado en Physical Review D el 1 de octubre de 2025.