La materia oscura continua a sfuggire agli scienziati, ma un gruppo di ricercatori giapponesi potrebbe aver trovato un modo completamente nuovo per individuarla. L'approccio sviluppato all'Università di Tohoku non si basa su strumenti tradizionali, bensì su reti di sensori quantistici interconnessi che sfruttano le proprietà più peculiari della fisica delle particelle. Si tratta di un cambio di paradigma che trasforma i componenti base dei computer quantistici in veri e propri rivelatori cosmici, capaci di percepire disturbi così piccoli da essere invisibili a qualsiasi altro strumento.
Il cuore della ricerca risiede nei qubit superconduttori, minuscoli circuiti elettronici mantenuti a temperature prossime allo zero assoluto. Questi dispositivi, normalmente impiegati per elaborare informazioni quantistiche, vengono qui riproposti come antenna per captare le tracce debolissime che la materia oscura potrebbe lasciare nel suo passaggio. L'idea di fondo è simile al principio che rende efficace un'orchestra: mentre un singolo strumento potrebbe non farsi sentire, un insieme coordinato di musicisti produce un suono potente e chiaro.
Il team guidato dal dottor Le Bin Ho ha messo alla prova diverse configurazioni di rete utilizzando quattro e nove qubit collegati secondo schemi geometrici differenti. Tra le strutture analizzate figurano anelli, linee, configurazioni a stella e reti completamente interconnesse. Per ottimizzare le prestazioni di ciascun sistema, gli scienziati hanno applicato la metrologia quantistica variazionale, una tecnica che ricorda l'addestramento degli algoritmi di intelligenza artificiale, affinando progressivamente il modo in cui gli stati quantistici vengono preparati e misurati.
Per ridurre ulteriormente il rumore di fondo e aumentare la precisione delle misurazioni, i ricercatori hanno integrato metodi di stima bayesiana, una procedura statistica che funziona in modo analogo alla messa a fuoco di un'immagine sfocata. I risultati sono stati sorprendenti: anche introducendo disturbi realistici nei sistemi, le reti ottimizzate hanno costantemente superato gli approcci convenzionali. Questo suggerisce che la tecnologia potrebbe essere già implementata sui dispositivi quantistici attualmente disponibili, senza attendere sviluppi futuri.
"Il nostro obiettivo era capire come organizzare e calibrare i sensori quantistici per renderli più affidabili nella ricerca della materia oscura", ha spiegato il dottor Ho. La struttura della rete, secondo lo studioso, gioca un ruolo fondamentale nel potenziare la sensibilità complessiva del sistema, e questo può essere ottenuto utilizzando circuiti relativamente semplici. La portata della scoperta va tuttavia ben oltre l'astrofisica.
Le applicazioni pratiche di queste reti quantistiche potrebbero rivoluzionare numerosi settori tecnologici. Si va dai radar quantistici alla rilevazione delle onde gravitazionali, dalla cronometria di altissima precisione al miglioramento dei sistemi GPS. In medicina, la stessa metodologia potrebbe perfezionare le scansioni cerebrali mediante risonanza magnetica, mentre in geologia permetterebbe di individuare strutture sotterranee nascoste con dettagli mai raggiunti prima.
"Questa ricerca dimostra che reti quantistiche progettate con cura possono spingersi oltre i confini attuali della misurazione di precisione", ha aggiunto Ho. L'aspetto più promettente è la possibilità di trasferire questi sensori dai laboratori agli strumenti di uso quotidiano che richiedono una sensibilità estrema. Lo studio, pubblicato sulla rivista Physical Review D il primo ottobre 2025, rappresenta solo l'inizio di un percorso di ricerca ambizioso.
I prossimi passi del gruppo di Tohoku prevedono l'espansione del metodo a reti di sensori ancora più ampie e lo sviluppo di tecniche per renderle più resistenti ai disturbi ambientali. La sfida principale rimane quella di tradurre il potenziale teorico in dispositivi funzionanti fuori dai laboratori criogenici, ma i risultati preliminari lasciano ben sperare. La caccia alla materia oscura, quella sostanza invisibile che secondo le teorie mantiene integre le galassie, potrebbe presto contare su alleati quantistici sempre più potenti.
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