新量子网络有望揭开暗物质之谜

日本东北大学的一个团队提出了一种新策略，通过将量子传感器连接成精心设计的网络来增强其性能。这些传感器依靠量子物理原理工作，能够测量普通仪器无法捕捉到的微小波动。研究人员认为，通过以优化的模式连接这些传感器，有可能以前所未有的精度探测到难以捉摸的暗物质“指纹”。

该研究以超导量子比特为核心，这是一种在极低温度下运行的微型电子电路。超导量子比特通常用于量子计算机，但在这项研究中，它们充当了超高灵敏度的探测器。其原理类似于团队协作——单个传感器可能难以捕捉微弱信号，而协同工作的量子比特网络则能更有效地放大并识别这些信号。

为验证这一概念，团队测试了多种网络结构，包括环形、线形、星形和全连接结构。他们构建了包含4个和9个量子比特的系统，然后应用变分量子计量学（一种类似训练机器学习算法的技术）来微调量子态的制备和测量过程。为进一步提高精度，研究人员还使用贝叶斯估计来减少噪声，这一过程类似于锐化模糊的照片。

实验结果显示，即使加入了 realistic 噪声，优化后的网络也始终优于传统方法。这表明该方法已可在现有量子设备上实施。

“我们的目标是弄清楚如何组织和微调量子传感器，使它们能更可靠地探测暗物质，”该研究的主要作者何乐斌博士解释道，“网络结构在提高灵敏度方面起着关键作用，我们已证明这可以通过相对简单的电路实现。”

除了暗物质探测，这些量子传感器网络还可能推动技术的重大进步。潜在应用包括量子雷达、引力波探测和高精度计时。未来，同样的方法有望提高GPS精度、增强MRI脑部扫描效果，甚至揭示地下隐藏结构。

“这项研究表明，精心设计的量子网络可以突破精密测量的极限，”何博士补充道，“它为量子传感器的应用打开了大门，使其不仅能用于实验室，还能用于需要极高灵敏度的实际工具中。”

展望未来，东北大学团队计划将这一方法扩展到更大规模的传感器网络，并开发提高其抗噪声能力的技术。他们的研究成果已于2025年10月1日发表在《物理评论D》上。