Peneliti di Universitas Tohoku telah mengembangkan metode untuk meningkatkan sensor kuantum dengan menghubungkan qubit superkonduktor dalam jaringan yang dioptimalkan, berpotensi mendeteksi sinyal lemah dari materi gelap. Pendekatan ini mengungguli metode tradisional bahkan dalam kondisi kebisingan realistis. Temuan ini dapat diperluas ke aplikasi di radar, MRI, dan teknologi navigasi.
Mendeteksi materi gelap, zat tak terlihat yang diyakini menahan galaksi tetap bersatu, tetap menjadi tantangan besar dalam fisika. Meskipun tidak dapat diamati secara langsung, para ilmuwan menduga ia meninggalkan jejak halus yang mungkin ditangkap oleh teknologi kuantum canggih. Sebuah tim dari Universitas Tohoku telah memperkenalkan strategi untuk meningkatkan sensitivitas sensor kuantum dengan menghubungkannya dalam jaringan yang dirancang dengan hati-hati.
Penelitian ini berfokus pada qubit superkonduktor, sirkuit elektronik kecil yang dipertahankan pada suhu sangat rendah. Biasanya digunakan dalam komputer kuantum, qubit ini berfungsi di sini sebagai detektor ultrasensitif. Dengan mengaturnya menjadi pola seperti cincin, garis, bintang, atau struktur yang sepenuhnya terhubung, jaringan tersebut memperkuat sinyal lemah lebih efektif daripada sensor tunggal.
Tim menguji sistem dengan empat dan sembilan qubit, menggunakan metrologi kuantum variasional—mirip dengan melatih algoritma pembelajaran mesin—untuk mengoptimalkan persiapan keadaan kuantum dan pengukuran. Mereka juga menerapkan estimasi Bayesian untuk mengurangi kebisingan, seperti mempertajam gambar buram. Bahkan dengan kebisingan realistis yang ditambahkan, jaringan yang dioptimalkan melebihi pendekatan konvensional.
"Tujuan kami adalah mencari tahu bagaimana mengatur dan menyempurnakan sensor kuantum agar dapat mendeteksi materi gelap dengan lebih andal," kata Dr. Le Bin Ho, penulis utama studi. "Struktur jaringan memainkan peran kunci dalam meningkatkan sensitivitas, dan kami telah menunjukkan bahwa hal itu dapat dilakukan menggunakan sirkuit yang relatif sederhana."
Selain deteksi materi gelap, teknik ini menjanjikan untuk radar kuantum, deteksi gelombang gravitasi, penjagaan waktu presisi, akurasi GPS yang lebih baik, pemindaian MRI yang ditingkatkan, dan pemetaan struktur bawah tanah. "Penelitian ini menunjukkan bahwa jaringan kuantum yang dirancang dengan hati-hati dapat mendorong batas-batas apa yang mungkin dalam pengukuran presisi," tambah Dr. Ho. "Ini membuka pintu untuk menggunakan sensor kuantum bukan hanya di laboratorium, tetapi dalam alat dunia nyata yang memerlukan sensitivitas ekstrem."
Tim berencana untuk memperluas ke jaringan yang lebih besar dan meningkatkan ketahanan terhadap kebisingan. Karya mereka, yang ditulis bersama Adriel I. Santoso, diterbitkan di Physical Review D pada 1 Oktober 2025.