A detecção da matéria escura, a substância invisível que se acredita manter as galáxias intactas, continua sendo um dos mistérios mais duradouros da física. Embora não possa ser observada ou tocada diretamente, os pesquisadores suspeitam que a matéria escura deixa para trás vestígios sutis. Esses sinais discretos podem ser detectáveis usando tecnologias quânticas avançadas que conseguem perceber distúrbios extremamente pequenos.
Uma equipe da Universidade de Tohoku propôs uma nova estratégia para tornar os sensores quânticos mais poderosos ao conectá-los em redes cuidadosamente projetadas. Esses sensores dependem dos princípios da física quântica para medir flutuações minuciosas que instrumentos comuns não conseguiriam captar. Ao conectá-los em padrões otimizados, os pesquisadores acreditam que seja possível detectar as impressões digitais elusivas da matéria escura com uma precisão sem precedentes.
Qubits Supercondutores Tornam-se Detectores Cósmicos
A pesquisa se concentra em qubits supercondutores, pequenos circuitos eletrônicos mantidos a temperaturas extremamente baixas. Esses qubits são tipicamente usados em computadores quânticos, mas neste caso atuam como detectores ultrasensíveis. O conceito é semelhante ao trabalho em equipe — enquanto um único sensor pode lutar para captar um sinal fraco, uma rede coordenada de qubits pode amplificá-lo e identificá-lo de forma muito mais eficaz.
Para testar esse conceito, a equipe experimentou com vários tipos de estruturas de rede, incluindo configurações em anel, linha, estrela e totalmente conectadas. Eles construíram sistemas usando quatro e nove qubits e, em seguida, aplicaram a metrologia quântica variacional (uma técnica que funciona de maneira semelhante ao treinamento de um algoritmo de aprendizado de máquina) para ajustar como os estados quânticos eram preparados e medidos. Para melhorar ainda mais a precisão, utilizaram a estimação bayesiana para reduzir o ruído, semelhante a aprimorar uma fotografia embaçada.
Resultados Sólidos Mostram Potencial no Mundo Real
As redes otimizadas superaram consistentemente as abordagens convencionais, mesmo quando ruídos realistas foram adicionados. Esse resultado sugere que o método poderia já ser implementado em dispositivos quânticos existentes.
“Nosso objetivo era descobrir como organizar e ajustar os sensores quânticos para que pudessem detectar a matéria escura de forma mais confiável,” explicou o Dr. Le Bin Ho, autor principal do estudo. “A estrutura da rede desempenha um papel fundamental na melhoria da sensibilidade, e mostramos que isso pode ser feito usando circuitos relativamente simples.”
Além da busca pela matéria escura, essas redes de sensores quânticos podem impulsionar grandes avanços tecnológicos. As aplicações potenciais incluem radar quântico, detecção de ondas gravitacionais e cronometragem altamente precisa. No futuro, a mesma abordagem poderia ajudar a melhorar a precisão do GPS, aprimorar exames de ressonância magnética do cérebro e até mesmo revelar estruturas subterrâneas ocultas.
“Essa pesquisa demonstra que redes quânticas cuidadosamente projetadas podem expandir os limites do que é possível em medições de precisão,” acrescentou o Dr. Ho. “Isso abre a porta para o uso de sensores quânticos não apenas em laboratórios, mas em ferramentas do mundo real que exigem extrema sensibilidade.”
Próximos Passos para a Pesquisa Quântica
Olhando para o futuro, a equipe da Universidade de Tohoku planeja expandir esse método para redes de sensores maiores e desenvolver técnicas que as tornem mais resilientes ao ruído.
As descobertas foram publicadas na Physical Review D em 1º de outubro de 2025.