探測暗物質，這種看不見的物質被認為可以保持星系完好無損。它仍然是物理學中最持久的謎團之一。儘管無法直接觀察或觸摸。但研究人員懷疑暗物質留下了微弱的痕跡。這些微妙的信號可以使用先進的量子技術來檢測，該技術可以檢測非常小的干擾。
東北大學的一個團隊提出了一種新策略，通過將傳感器連接到精心設計的網絡中來提高量子傳感器的效率。這些傳感器依靠量子物理原理來測量傳統儀器可能錯過的微小波動。通過以優化的方式連接它們。研究人員相信，有可能以前所未有的精度探測到難以捉摸的暗物質指紋。
超導量子位成為宇宙探測器
該研究的重點是超導量子位，這是一種保持在極低溫度下的微型電子電路。這些量子位通常用於量子計算機。但在這種情況下，它充當超靈敏探測器。這個概念類似於團隊合作。同時，單個傳感器可能會受到信號接收較弱的影響。但協同工作的量子位網絡可以更有效地放大和識別信號。
為了測試這個想法，團隊嘗試了許多不同類型的網絡拓撲。包括環形、線形、星形和全連接配置。他們使用四個量子位和九個量子位構建了一個系統。然後使用可變量子計量學。 （一種類似於訓練機器學習算法的技術）來微調量子態的準備和測量方式。為了進一步提高準確性，他們使用貝葉斯插值來減少噪音。這類似於調整模糊照片的清晰度。
強勁的結果展示了現實世界的潛力
優化後的網絡始終優於傳統方法。即使添加了真實的噪音。這一結果表明該方法可以應用於現有的量子器件。
“我們的目標是找到一種組織和調整量子傳感器的方法，以便它們能夠更可靠地檢測暗物質，”該研究的主要作者 Le Bin Ho 博士解釋道。 “網絡結構在提高靈敏度方面發揮著重要作用。我們已經證明，這可以使用相對簡單的電路來完成。”
除了尋找暗物質之外，這些量子傳感器網絡還可以推動重要的技術進步。可能的應用包括量子雷達。引力波探測和高精度計時。未來，同樣的方法可以幫助提高 GPS 精度、改善 MRI 腦部掃描，甚至揭示隱藏的地下結構。
“這項研究表明，精心設計的量子網絡可以擴展精確測量的可能性範圍，”何博士補充道。 “它打開了使用量子傳感器的大門。不僅在實驗室，而且在需要高靈敏度的現實世界工具中。”
量子研究的下一步
展望未來東北大學團隊計劃將這種方法擴展到更大的傳感器網絡。並開發對噪聲更具彈性的技術。
他們的研究結果發表在 體格檢查D 2025 年 10 月 1 日
