Una nueva red cuántica podría revelar finalmente la materia oscura

La detección de la materia oscura, esa sustancia invisible que se cree mantiene unidas a las galaxias, sigue siendo uno de los grandes misterios de la física. Aunque no puede ser observada directamente, los investigadores sospechan que la materia oscura deja tras de sí sutiles rastros. Estos débiles signos podrían ser detectables mediante tecnologías cuánticas avanzadas capaces de percibir perturbaciones extremadamente pequeñas.

Un equipo de Tohoku University propuso una nueva estrategia para potenciar los sensores cuánticos al interconectarlos en redes cuidadosamente diseñadas. Estos sensores se basan en los principios de la física cuántica para medir fluctuaciones mínimas que los instrumentos convencionales no podrían captar. Al conectarlos en patrones optimizados, los investigadores creen que es posible detectar las elusivas huellas de la materia oscura con una precisión sin precedentes.

Qubits superconductores como detectores cósmicos

La investigación se centra en los qubits superconductores, diminutos circuitos electrónicos mantenidos a temperaturas extremadamente bajas. Estos qubits, que normalmente se utilizan en computadoras cuánticas, en este caso funcionan como detectores ultrasensibles. El concepto es similar al trabajo en equipo: mientras que un solo sensor podría tener dificultades para captar una señal débil, una red coordinada de qubits puede amplificar e identificar esa señal de manera mucho más efectiva.

Para probar este concepto, el equipo experimentó con varios tipos de estructuras de red, incluyendo configuraciones en anillo, línea, estrella y completamente conectadas. Construyeron sistemas utilizando cuatro y nueve qubits y luego aplicaron la metrología cuántica variacional (una técnica similar al entrenamiento de un algoritmo de aprendizaje automático) para ajustar cómo se preparaban y medían los estados cuánticos. Para mejorar aún más la precisión, utilizaron estimación bayesiana para reducir el ruido, similar a afilar una fotografía borrosa.

Resultados sólidos que muestran potencial en el mundo real

Las redes optimizadas superaron consistentemente a los enfoques convencionales, incluso cuando se añadió ruido realista. Este resultado sugiere que el método podría implementarse ya en dispositivos cuánticos existentes.

"Nuestro objetivo fue averiguar cómo organizar y ajustar los sensores cuánticos para que puedan detectar la materia oscura de manera más confiable", explicó Dr. Le Bin Ho, autor principal del estudio. "La estructura de la red juega un papel clave en la mejora de la sensibilidad, y hemos demostrado que se puede lograr utilizando circuitos relativamente simples."

Más allá de la búsqueda de materia oscura, estas redes de sensores cuánticos podrían impulsar avances significativos en tecnología. Las aplicaciones potenciales incluyen radar cuántico, detección de ondas gravitacionales y cronometraje altamente preciso. En el futuro, el mismo enfoque podría ayudar a mejorar la precisión del GPS, optimizar las resonancias magnéticas del cerebro e incluso revelar estructuras ocultas bajo tierra.

"Esta investigación demuestra que las redes cuánticas diseñadas cuidadosamente pueden ampliar los límites de lo que es posible en la medición de precisión", añadió el Dr. Ho. "Abre la puerta a utilizar sensores cuánticos no solo en laboratorios, sino en herramientas del mundo real que requieren una sensibilidad extrema."

Próximos pasos en la investigación cuántica

De cara al futuro, el equipo de Tohoku University planea expandir este método a redes de sensores más grandes y desarrollar técnicas para hacerlas más resistentes al ruido.

Los hallazgos fueron publicados en Physical Review D el 1 de octubre de 2025.