Onderzoekers ontwerpen innovatief kader voor quantum-sensoren

AmsterdamWetenschappers van de North Carolina State University en MIT hebben een innovatieve methode ontwikkeld om uiterst gevoelige kwantumsensoren te maken. Deze aanpak stelt hen in staat kwantumsystemen aan te passen om specifieke signalen te detecteren. Hierdoor kunnen deze kwantumsensoren veel effectiever zijn dan gewone sensoren.

Kwantumsensoren kunnen werken op het hoogste niveau dat door de kwantummechanica is toegestaan, maar het is uitdagend om hen specifieke signalen te laten detecteren. Yuan Liu, assistent-professor aan NC State, zegt dat hun idee voortkomt uit klassieke signaalverwerkingstechnieken. Liu en zijn team hebben een manier gevonden om deze technieken toe te passen op kwantumsystemen.

De onderzoekers ontwierpen een algoritmisch raamwerk dat:

• Een qubit koppelt aan een bosonische oscillator
• Interferometrie gebruikt om resultaten in de qubit-toestand te coderen
• De qubit meet voor eenmalige uitlezing

Bij traditionele computing wordt informatie opgeslagen in bits die 0 of 1 kunnen zijn. Bij kwantumcomputing kunnen qubits 0, 1 of beide tegelijkertijd zijn. Een bosonische oscillator is een nog complexer systeem dat een oneindig aantal toestanden kan hebben. Het beheersen van de toestand van deze oscillator is behoorlijk ingewikkeld.

De sensor maakt gebruik van polynoomfuncties om de golfvorm van de oscillator te beheren, wat hem in staat stelt een specifiek signaal waar te nemen. Zodra het signaal wordt gedetecteerd, stopt de manipulatie, wat leidt tot veranderingen die resulteren in een leesbare uitkomst in de toestand van de qubit. Deze uitkomst geeft een duidelijk "ja" of "nee" antwoord over de aanwezigheid van het signaal, en er is slechts één meting van de qubit nodig.

Lees ook:

Vandaag · 19:15

Speekselanalyse biedt inzicht in stress en mentale gezondheid van zwangere vrouwen: baanbrekend onderzoek

Deze methode maakt gebruik van makkelijk toegankelijke quantumhardware, zoals:

• Gevangen ionen
• Supergeleiderplatforms
• Neutrale atomen

De methode biedt een efficiënte manier om informatie te verzamelen van een complex systeem zonder dat meerdere metingen nodig zijn.

Deze ontwikkeling maakt kwantumsensoren nuttiger in praktische toepassingen. Het combineren van klassieke methoden met kwantumtaken is slim en efficiënt. De effectieve eenmalige meting is bijzonder waardevol omdat het tijd en middelen bespaart. Deze vooruitgang kan de voortgang versnellen in gebieden zoals materiaalkunde, geneeskunde en communicatie, waar nauwkeurige metingen cruciaal zijn.

Het onderzoek dat in "Quantum" is gepubliceerd, werd gefinancierd door het Army Research Office en het Amerikaanse Ministerie van Energie. Dit zou kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van flexibele kwantumsensortechnieken die werken met verschillende soorten kwantumsensoren.