Galaksileri bir arada tutan gizemli madde olan karanlık maddeyi tespit etmek fizikteki çözülmemiş en büyük sorunlardan biridir. Bilim adamları, doğrudan görülememesine veya dokunulamamasına rağmen, karanlık maddenin son derece hassas kuantum cihazları tarafından yakalanabilecek zayıf sinyaller bıraktığına inanıyor.
Yayınlanan yeni bir çalışmada Fiziksel İnceleme DTohoku Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kuantum sensörlerini dikkatle tasarlanmış ağ yapılarına bağlayarak hassasiyetini artırmanın bir yolunu öneriyor. Bu kuantum sensörleri, son derece küçük sinyalleri tespit etmek için kuantum fiziğinin kurallarını kullanıyor ve bu da onları sıradan sensörlerden çok daha hassas hale getiriyor. Bunları kullanarak, karanlık maddeden geride kalan zayıf ipuçlarını doğru bir şekilde tespit etmek nihayet mümkün olabilir.
Çalışma, çok düşük sıcaklıklara soğutulan küçük elektrik devreleri olan süper iletken kubitlere odaklanıyor. Bu kübitler normalde kuantum bilgisayarların yapı taşları olarak kullanılıyor ancak burada güçlü kuantum sensörleri olarak görev yapıyorlar. Birlikte çalışan bir ekibin tek bir kişiden daha fazlasını başarabilmesi gibi, bu süper iletken kubitlerin çoğunu optimize edilmiş bir ağda birbirine bağlamak, zayıf karanlık madde sinyallerini tek bir sensörün tek başına yapabileceğinden çok daha etkili bir şekilde tespit etmelerine olanak tanır.
Ekip, dört ve dokuz kübitlik sistemleri kullanarak halka, çizgi, yıldız ve tamamen bağlantılı grafikler gibi farklı ağ modellerini test etti. Daha sonra kuantum durumlarının nasıl hazırlandığını ve ölçüldüğünü optimize etmek için varyasyonel kuantum metrolojisini (makine öğrenimi modelinin eğitilmesine benzer bir yöntem) uyguladılar. Sonuçları iyileştirmek için, bulanık bir görüntüyü keskinleştirmeye benzer şekilde gürültüyü filtrelemek için Bayes tahmini kullanıldı.
Bulgular çarpıcıydı: Optimize edilmiş ağlar, gerçekçi gürültü uygulandığında bile sürekli olarak geleneksel yöntemlerden daha iyi performans gösterdi. Bu, yaklaşımın günümüzün kuantum cihazlarında çalışabileceğini gösteriyor.
Çalışmanın başyazarı Dr. Le Bin Ho, “Amacımız kuantum sensörlerinin karanlık maddeyi daha güvenilir bir şekilde tespit edebilmeleri için nasıl organize edilip ince ayar yapılacağını bulmaktı” dedi. “Ağ yapısı hassasiyeti arttırmada önemli bir rol oynuyor ve bunun nispeten basit devreler kullanılarak yapılabileceğini gösterdik.”
Karanlık maddenin ötesinde, bu kuantum sensör ağları kuantum radarı, yerçekimsel dalga tespiti ve ultra hassas zaman işleyişi gibi teknolojileri geliştirebilir. Dahası, bir gün GPS doğruluğunu artırabilir, MRI ile beyin görüntülemeyi geliştirebilir veya gizli yer altı yapılarının tespit edilmesine yardımcı olabilirler.
Dr. Ho, “Bu araştırma, dikkatlice tasarlanmış kuantum ağlarının hassas ölçümde mümkün olanın sınırlarını zorlayabileceğini gösteriyor” diye ekledi. “Kuantum sensörlerini yalnızca laboratuvarlarda değil, aynı zamanda aşırı hassasiyet gerektiren gerçek dünya araçlarında da kullanmanın kapısını açıyor.”
Ekip ileriye dönük olarak bu yaklaşımı daha büyük ağlara genişletmeyi ve sensörleri gürültüye karşı daha dayanıklı hale getirmenin yollarını keşfetmeyi planlıyor.
