Dunkle Materie könnte dank eines neuen Quantennetzwerks endlich enthüllt werden

Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, die wahre Natur der Dunklen Materie zu entschlüsseln – jener unsichtbaren Kraft, von der man annimmt, dass sie Galaxien zusammenhält.

Nun glaubt eine Forschergruppe in Japan, dass Quantentechnologie dieses Rätsel endlich greifbar machen könnte.

Die unsichtbare Verbindung aufbauen

Ein Team der Tohoku-Universität hat eine Methode vorgeschlagen, um Quantensensoren deutlich empfindlicher zu machen, indem sie in strukturierte Netzwerke eingebunden werden.

Diese ultrapräzisen Instrumente nutzen die Quantenmechanik, um winzige Schwankungen zu erfassen, die herkömmliche Sensoren übersehen.

Durch die Anordnung in bestimmten Mustern vermuten die Forscher, dass sich schwache Spuren der Dunklen Materie mit bisher unerreichter Genauigkeit aufspüren lassen könnten.

Im Mittelpunkt der Studie stehen supraleitende Qubits – winzige Schaltkreise, die auf nahezu den absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Sie werden normalerweise in Quantencomputern eingesetzt, können aber auch als Detektoren fungieren, die Signale erfassen, die schwächer als ein Flüstern sind.

Wenn diese Qubits in einem koordinierten System zusammenarbeiten, können sie winzige Effekte verstärken, die ein einzelnes Gerät übersehen würde.

Von Schaltkreisen zum Kosmos

Um das Konzept zu testen, bauten die Forscher kleine Netzwerke mit vier bzw. neun Qubits, die in verschiedenen Formen – etwa Ringen, Linien und Sternen – angeordnet waren.

Sie setzten eine Technik namens variationale Quantenmetrologie ein – vergleichbar mit dem Training eines Machine-Learning-Modells –, um die Wechselwirkungen zwischen den Qubits zu optimieren.

Mithilfe bayesscher Schätzverfahren wurden anschließend Störgeräusche herausgefiltert und die Signale verfeinert – ähnlich wie bei der Schärfung eines unscharfen Bildes.

Die optimierten Netzwerke des Teams übertrafen herkömmliche Aufbauten durchweg, selbst unter realistischen, verrauschten Bedingungen.

Dieser Erfolg deutet darauf hin, dass ihr Ansatz bereits mit vorhandener Quantenhardware umgesetzt werden könnte.

„Unser Ziel war es, herauszufinden, wie man Quantensensoren organisieren und feinabstimmen kann, damit sie Dunkle Materie zuverlässiger erkennen“, sagte Dr. Le Bin Ho, Hauptautor der Studie, laut Science Daily.

„Die Netzwerkstruktur spielt eine entscheidende Rolle bei der Erhöhung der Empfindlichkeit, und wir haben gezeigt, dass dies mit relativ einfachen Schaltkreisen möglich ist.“

Potenzial für die Praxis

Das Potenzial solcher Quantennetzwerke reicht weit über die Astrophysik hinaus.

Forscher glauben, dass dieselben Techniken zur Entwicklung von Quantenradarsystemen, zur Verbesserung von Gravitationswellen-Detektoren und zur präziseren Zeitmessung eingesetzt werden könnten.

Künftige Versionen könnten sogar die GPS-Navigation verfeinern, MRT-Scans verbessern oder unterirdische Strukturen kartieren, die für herkömmliche Instrumente unsichtbar sind.

„Diese Forschung zeigt, dass sorgfältig konstruierte Quantennetzwerke die Grenzen des Möglichen in der Präzisionsmessung erweitern können“, sagte Dr. Ho. „Sie eröffnet die Möglichkeit, Quantensensoren nicht nur in Laboren, sondern auch in realen Anwendungen zu nutzen, die extreme Empfindlichkeit erfordern.“

Die Grenzen erweitern

Die nächste Phase des Projekts wird sich darauf konzentrieren, diese Netzwerke zu vergrößern und widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse zu machen.

Das Team hofft, dass solche Systeme eines Tages als praktische Werkzeuge bei der Suche nach Dunkler Materie dienen könnten – einem der flüchtigsten Ziele der Physik.

Die Ergebnisse wurden am 1. Oktober 2025 in Physical Review D veröffentlicht.