연구진, 새로운 양자 센서 설계 프레임워크로 감지 신호의 민감도 및 정밀도 향상

Seoul노스캐롤라이나 주립대학교와 MIT의 과학자들이 새로운 방법으로 매우 민감한 양자 센서를 제작했습니다. 이 방법은 특정 신호를 탐지하기 위해 양자 시스템을 조정할 수 있게 해줍니다. 그 결과, 이러한 양자 센서는 일반 센서보다 훨씬 더 효과적일 수 있습니다.

양자 센서는 양자역학이 허용하는 최고의 수준에서 작동할 수 있지만, 특정 신호를 감지하도록 유도하는 것은 어렵습니다. NC State의 조교수인 Yuan Liu는 그들의 아이디어가 고전적인 신호 처리 기술에서 나왔다고 합니다. Liu와 그의 팀은 이러한 기술을 양자 시스템에 적용할 수 있는 방법을 발견했습니다.

연구진은 다음과 같은 알고리즘 프레임워크를 개발했습니다:

• 큐비트를 보손 진동자와 연결
• 간섭계를 사용하여 결과를 큐비트 상태에 인코딩
• 단일 샷 판독을 위해 큐비트를 측정

일반적인 컴퓨팅에서는 정보가 0 또는 1인 비트로 저장됩니다. 양자 컴퓨팅에서는 큐비트가 0, 1 또는 동시에 두 가지 값을 가질 수 있습니다. 보손 진동자는 훨씬 더 복잡한 시스템으로 무한한 상태를 가질 수 있습니다. 이 진동기의 상태를 제어하는 것은 매우 복잡합니다.

센서는 다항식을 사용하여 발진기의 파동 함수를 제어함으로써 특정 신호를 탐지할 수 있습니다. 신호가 탐지되면 조작이 중단되어 큐비트 상태의 변화를 초래하며, 이는 읽을 수 있는 결과로 이어집니다. 이 결과는 신호의 존재 여부에 대한 명확한 "예" 또는 "아니오" 답을 제공하며, 큐비트의 측정은 한 번만 필요합니다.

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이 방식은 트랩된 이온, 초전도 플랫폼, 중성 원자와 같은 기존의 양자 하드웨어를 활용합니다.

이 방법은 여러 번 측정하지 않고도 복잡한 시스템에서 효과적으로 정보를 수집할 수 있도록 합니다.

양자 센싱의 이 발전은 실제 상황에서 더욱 유용하게 만듭니다. 양자 과제에 고전적인 방법을 사용하는 것은 현명하고 실용적입니다. '효율적인 일회 측정'은 시간과 자원을 절약하기 때문에 특히 가치가 있습니다. 이러한 진보는 재료 과학, 의학 및 통신과 같이 정확한 센싱이 중요한 분야에서의 발전을 가속화할 수 있습니다.

미국 육군연구소와 에너지부의 지원으로 "Quantum" 저널에 발표된 이 연구는 다양한 종류의 양자 센서와 함께 작동할 수 있는 유연한 양자 감지 방법을 개발하는 데 기여할 수 있습니다.