Uma equipe da Universidade de Tohoku propôs uma nova estratégia para tornar os sensores quânticos mais poderosos, conectando-os em redes cuidadosamente projetadas. Esses sensores baseiam-se nos princípios da física quântica para medir pequenas flutuações que os instrumentos comuns podem não perceber. Ao combiná-los em padrões ideais, os investigadores acreditam que podem detectar as impressões digitais indescritíveis da matéria escura com uma precisão sem precedentes.

Qubits supercondutores tornam-se detectores cósmicos

A pesquisa se concentra em qubits supercondutores, minúsculos circuitos eletrônicos mantidos em temperaturas muito baixas. Esses qubits são normalmente usados ​​em computadores quânticos, mas neste caso atuam como detectores ultrassensíveis. O conceito é semelhante ao trabalho em equipe – enquanto um único sensor se esforça para captar um sinal fraco, uma rede coordenada de qubits pode amplificá-lo e identificá-lo de forma mais eficaz.

Para testar esse conceito, a equipe testou vários tipos de arquiteturas de rede, incluindo configurações em anel, linha, estrela e totalmente conectadas. Eles construíram sistemas usando quatro e nove qubits e, em seguida, usaram metrologia quântica variacional (uma técnica semelhante ao treinamento de um algoritmo de aprendizado de máquina) para entender melhor como os estados quânticos são produzidos e medidos. Para melhorar ainda mais a precisão, eles usaram a estimativa bayesiana para reduzir o ruído, como aumentar a nitidez de uma foto borrada.

Resultados robustos mostram viabilidade no mundo real

As redes melhoradas superaram as abordagens convencionais, mesmo com a adição de ruído realista. Este resultado sugere que este método já pode ser implementado em dispositivos quânticos existentes.

“Nosso objetivo era descobrir como organizar e ajustar sensores quânticos para que pudessem detectar a matéria escura de forma mais confiável”, explicou o Dr. Lu Bin Ho, principal autor do estudo. “A estrutura da rede desempenha um papel importante no aumento da sensibilidade e mostramos que isso pode ser feito usando circuitos relativamente simples.”

Além da caça à matéria escura, essas redes de sensores quânticos poderiam impulsionar grandes avanços tecnológicos. As aplicações potenciais incluem radar quântico, detecção de ondas gravitacionais e cronometragem altamente precisa. No futuro, a mesma abordagem poderá ajudar a melhorar a precisão do GPS, melhorar as ressonâncias magnéticas do cérebro e revelar estruturas subterrâneas ocultas.

“Esta pesquisa mostra que redes quânticas cuidadosamente projetadas podem ultrapassar os limites do que é possível na medição de precisão”, acrescentou o Dr. “Isso abre a porta para o uso de sensores quânticos não apenas em laboratórios, mas também em instrumentos 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 o método para redes de sensores maiores e desenvolver técnicas para torná-las mais resistentes ao ruído.

Suas descobertas foram publicadas Exame físico d Em 1º de outubro de 2025.