Mörk materia kan äntligen avslöjas tack vare ett nytt kvantnätverk

I årtionden har forskare kämpat för att avslöja den mörka materiens sanna natur – den osynliga kraft som tros hålla ihop galaxerna.

Nu tror en grupp forskare i Japan att kvantteknologi äntligen kan föra detta mysterium inom räckhåll.

Att bygga den osynliga länken

Ett team från Tohoku University har föreslagit ett sätt att göra kvantsensorer mycket känsligare genom att koppla ihop dem i strukturerade nätverk.

Dessa ultraprecisa instrument utnyttjar kvantmekanik för att upptäcka små variationer som vanliga sensorer förbiser.

Genom att arrangera dem i specifika mönster föreslår forskarna att det kan bli möjligt att fånga svaga spår som lämnats av mörk materia med rekordhög noggrannhet.

Studien fokuserar på supraledande qubits – små kretsar som kyls ned till nära den absoluta nollpunkten. De används vanligtvis i kvantdatorer men kan också fungera som detektorer som uppfattar signaler svagare än en viskning.

När dessa qubits samarbetar i ett koordinerat system kan de förstärka små effekter som en enskild enhet skulle missa.

Från kretsar till kosmos

För att testa konceptet byggde forskarna små nätverk med fyra respektive nio qubits arrangerade i olika former, såsom ringar, linjer och stjärnor.

De använde en metod som kallas variational quantum metrology – liknande träningen av en maskininlärningsmodell – för att optimera hur qubitsen samverkade.

Bayesianska uppskattningsmetoder användes sedan för att filtrera bort brus och förfina signalerna, ungefär som att skärpa en suddig bild.

Forskargruppens optimerade nätverk presterade konsekvent bättre än traditionella uppsättningar, även under realistiska och brusiga förhållanden.

Den framgången tyder på att deras metod redan kan genomföras med befintlig kvantteknisk hårdvara.

”Vårt mål var att ta reda på hur man kan organisera och finjustera kvantsensorer så att de kan upptäcka mörk materia mer tillförlitligt”, sade Dr. Le Bin Ho, huvudförfattare till studien, enligt Science Daily.

”Nätverksstrukturen spelar en nyckelroll för att öka känsligheten, och vi har visat att det kan göras med relativt enkla kretsar.”

Löften för praktisk användning

Potentialen hos sådana kvantnätverk sträcker sig långt bortom astrofysiken.

Forskare tror att samma tekniker kan användas för att utveckla kvantradarsystem, förbättra detektorer för gravitationsvågor och göra tidsmätning mer exakt än någonsin tidigare.

Framtida versioner skulle till och med kunna förfina GPS-navigering, förbättra MRI-skanningar eller kartlägga underjordiska strukturer som är osynliga för traditionella instrument.

”Denna forskning visar att noggrant utformade kvantnätverk kan tänja på gränserna för vad som är möjligt inom precisionsmätning”, sade Dr. Ho. ”Den öppnar dörren för att använda kvantsensorer inte bara i laboratorier utan även i verkliga tillämpningar som kräver extrem känslighet.”

Att utvidga gränserna

Nästa fas av projektet kommer att fokusera på att skala upp dessa nätverk och göra dem mer motståndskraftiga mot miljöstörningar.

Teamet hoppas att sådana system med tiden kan fungera som praktiska verktyg i sökandet efter mörk materia – ett av fysikens mest svårfångade mål.

Resultaten publicerades den 1 oktober 2025 i Physical Review D.