Kvant Şəbəkələri Qara Maddənin Axtarışında Dəqiqliyi Necə Artırır?

Qara maddə - qalaksiyaları bir yerdə saxlayan sirli maddədir. Onu aşkarlamaq fizikanın hələ də həll olunmamış ən böyük tapmacalarından biri olaraq qalır. Bu maddəni birbaşa görmək və ya toxunmaq mümkün olmasa da, alimlər qara maddənin yüksək həssaslıqlı kvant cihazları ilə tutula biləcək zəif siqnallar buraxdığına inanırlar.

Tohoku Universitetinin tədqiqatçıları *Physical Review D* jurnalında yayımlanan yeni bir araşdırmada kvant sensorlarının həssaslığını artırmağın yolunu təklif ediblər. Onlar bunun üçün sensorları xüsusi olaraq dizayn edilmiş şəbəkə strukturlarında birləşdirməyi planlaşdırırlar.

Bu kvant sensorları adi sensorlardan qat-qat həssasdır, çünki onlar çox kiçik siqnalları aşkar etmək üçün kvant fizikasının qaydalarından istifadə edirlər. Bu metod sayəsində qara maddədən qalan zəif ipuclarını dəqiq aşkar etmək nəhayət mümkün ola bilər.

Tədqiqat superkeçirici kubitlərə diqqət yetirir. Kubitlər çox aşağı temperaturlara qədər soyudulmuş kiçik elektrik dövrələridir. Onlar adətən kvant kompüterlərinin tikinti blokları kimi istifadə olunur, lakin burada güclü kvant sensoru rolunu oynayırlar. Necə ki, birlikdə işləyən bir komanda tək bir fərddən daha çoxuna nail olur, bu superkeçirici kubitlərin optimallaşdırılmış şəbəkədə birləşdirilməsi onlara zəif qara maddə siqnallarını tək bir sensorun edə biləcəyindən daha təsirli şəkildə aşkar etməyə imkan verir.

Komanda dörd və doqquz kubit sistemlərindən istifadə edərək müxtəlif şəbəkə formalarını, məsələn, halqa, xətt, ulduz və tam bağlı qrafikləri sınaqdan keçirdi. Daha sonra kvant vəziyyətlərinin necə hazırlandığını və ölçüldüyünü optimallaşdırmaq üçün variasiyalı kvant metroloqiyasını (maşın öyrənmə modelinə bənzər bir üsul) tətbiq etdilər. Nəticələri dəqiqləşdirmək üçün isə Bayesian qiymətləndirməsi səs-küyü süzgəcdən keçirmək üçün istifadə olundu. Bu, bulanıq şəkli kəskinləşdirməyə bənzəyir.

Tapıntılar təəccüblü idi: Optimallaşdırılmış şəbəkələr, hətta real səs-küy tətbiq edildikdə belə, ənənəvi üsullardan ardıcıl olaraq üstün oldu. Bu, yeni yanaşmanın müasir kvant cihazlarında işləyə biləcəyini göstərir.

Tədqiqatın əsas müəllifi Dr. Le Bin Ho deyib: "Məqsədimiz kvant sensorlarını necə təşkil edib tənzimləməyi tapmaq idi ki, onlar qara maddəni daha etibarlı şəkildə aşkar etsinlər. Şəbəkə strukturu həssaslığın artırılmasında açar rol oynayır və biz bunu nisbətən sadə dövrələrdən istifadə edərək edə biləcəyimizi göstərdik."

Bu kvant sensor şəbəkələri qara maddənin aşkar edilməsindən başqa, kvant radar, qravitasiya dalğalarının aşkarlanması və ultra-dəqiq vaxt ölçülməsi kimi texnologiyaları da irəli apara bilər. Üstəlik, onlar gələcəkdə GPS dəqiqliyini yaxşılaşdırmağa, MRI ilə beyin görüntüləməni yaxşılaşdırmağa və ya gizli yeraltı strukturları aşkar etməyə kömək edə bilərlər.

Dr. Ho əlavə edib: "Bu araşdırma diqqətlə dizayn edilmiş kvant şəbəkələrinin dəqiqlik ölçülməsində mümkün olanın sərhədlərini genişləndirə biləcəyini göstərir. Bu, kvant sensorlarının təkcə laboratoriyalarda deyil, həm də həddindən artıq həssaslıq tələb edən real dünya alətlərində istifadə edilməsinə qapı açır."

İrəliyə baxaraq, komanda bu yanaşmanı daha böyük şəbəkələrə tətbiq etməyi və sensorları səs-küyə qarşı daha davamlı etmək yollarını tapmağı planlaşdırır.