Dit kwantumnetwerk moet eindelijk donkere materie opsporen

Wetenschappers van de Japanse Tohoku University hebben een nieuwe manier ontwikkeld om donkere materie op te sporen. Ze maken gebruik van een netwerk van kwantumsensoren. Als de techniek werkt, zou dit eindelijk een antwoord kunnen geven op een van de grootste raadsels uit de natuurkunde.

Donkere materie vormt ongeveer 27 procent van alle massa en energie in het heelal, maar niemand weet precies wat het is. We kunnen het niet zien of rechtstreeks meten. We weten alleen dat het bestaat door de zwaartekracht-effecten die het uitoefent. Sterker nog: zonder donkere materie zouden er überhaupt geen sterrenstelsels kunnen vormen, omdat de zwaartekracht van enkel normale materie niet sterk genoeg is.

Het grote probleem is dat donkere materie nauwelijks interactie heeft met normale materie. Eerdere pogingen om het op te sporen hebben daarom nog geen definitief bewijs opgeleverd voor het bestaan ervan. 

Netwerk van supergeleider-qubits

Met deze nieuwe aanpak willen onderzoekers daar verandering in brengen. De methode werkt met een netwerk van supergeleider-qubits. Dat zijn de bouwstenen van kwantumcomputers.

Elk knooppunt in het netwerk is een qubit die dienst doet als sensor. Wanneer donkere materie voorbij komt, zou dit minuscule veranderingen veroorzaken in de elektromagnetische velden van de qubits. Door de qubits op een specifieke wijze met elkaar te verbinden in verschillende netwerkstructuren, kunnen de onderzoekers hun gevoeligheid enorm vergroten.

De onderzoekers hebben twee systemen met vier en negen qubits in verschillende configuraties getest. Ze gebruikten een optimalisatiemethode genaamd variational quantum metrology om de beste netwerkstructuur te vinden. Dergelijke geoptimaliseerde netwerken blijken veel preciezer te kunnen meten dan eerdere methoden. Dat zeggen de onderzoekers in hun studie in het vakblad Physical Review D.

Ook nuttig in het dagelijkse leven

Deze technologie is niet enkel nuttig voor astronomen. Dezelfde netwerken kunnen volgens de onderzoekers in de toekomst worden gebruikt om onder meer de nauwkeurigheid van GPS-systemen te verbeteren, MRI-hersenscans te verfijnen en zelfs verborgen ondergrondse structuren zoals grotten of archeologische overblijfselen in kaart te brengen.

Lees meer over wetenschap en mis niets met de Bright-app.