Nowe ramy projektowe zwiększają czułość i precyzję wykrywania sygnałów w czujnikach kwantowych

WarsawNaukowcy z Uniwersytetu Stanowego Karoliny Północnej i MIT opracowali nową metodę tworzenia bardzo czułych czujników kwantowych. Ta metoda pozwala im dostosować systemy kwantowe do wykrywania konkretnych sygnałów. W rezultacie, te czujniki kwantowe mogą być znacznie bardziej efektywne niż tradycyjne czujniki.

Czujniki kwantowe mogą działać na najwyższym poziomie dozwolonym przez mechanikę kwantową, ale trudno jest nakierować je na wykrywanie konkretnych sygnałów. Yuan Liu, adiunkt w NC State, zauważa, że ich pomysł wywodzi się z klasycznych technik przetwarzania sygnałów. Liu i jego zespół znaleźli sposób na zastosowanie tych metod w systemach kwantowych.

Badacze opracowali algorytmiczne rozwiązanie, które:

• Łączy kubit z oscylatorem bozonowym
• Wykorzystuje interferometrię do kodowania wyników w stanie kubitu
• Dokonuje pomiaru kubitu dla pojedynczego odczytu

W tradycyjnym przetwarzaniu danych informacje są przechowywane w bitach, które przyjmują wartość 0 lub 1. W obliczeniach kwantowych, kubity mogą być równe 0, 1 lub jednocześnie obu tym stanom. Z kolei oscylator bozonowy to bardziej złożony system, który jest w stanie przyjąć nieskończoną liczbę stanów. Sterowanie stanem tego oscylatora jest dość skomplikowane.

Zespół ułatwia zadanie, koncentrując się na pytaniach o odpowiedzi „tak” lub „nie” zamiast ustalania ilości. „Zamiast określać ilości dla naszych celów, po prostu pytamy, czy cel posiada właściwość X,” mówi Liu. Poprzez podłączenie złożonego sensora do prostego dwuwymiarowego kubitu, mogą dostosować sensor do wykrywania pożądanego sygnału.

Zobacz również:

Dzisiaj · 04:09

Antidotum z mleka matki: odporność niemowląt na infekcje przewodu pokarmowego

Czujnik wykorzystuje funkcje wielomianowe do kontroli funkcji falowej oscylatora, co pozwala mu na wykrycie określonego sygnału. Po jego wykryciu manipulacja zostaje zatrzymana, powodując zmiany, które skutkują otrzymaniem czytelnego wyniku w stanie kubitu. Ten wynik daje jednoznaczną odpowiedź "tak" lub "nie" na temat obecności sygnału, a do tego potrzeba tylko jednego pomiaru kubitu.

To podejście wykorzystuje łatwo dostępne sprzęty kwantowe, w tym:

• Uwięzione jony
• Platformy nadprzewodnikowe
• Obojętne atomy

Metoda ta umożliwia skuteczne pozyskiwanie informacji z złożonego systemu bez konieczności dokonywania wielu pomiarów.

Uważam, że to rozwinięcie sprawia, iż kwantowe czujniki stają się bardziej przydatne w rzeczywistych sytuacjach. Wykorzystanie klasycznych metod w zadaniach kwantowych jest inteligentnym i praktycznym podejściem. Szczególnie wartościowy jest wydajny jednorazowy pomiar, ponieważ oszczędza czas i zasoby. To osiągnięcie może przyspieszyć postęp w dziedzinach takich jak nauka o materiałach, medycyna i komunikacja, gdzie precyzyjne pomiary są niezwykle ważne.

Badania opublikowane w "Quantum" były finansowane przez Biuro Badań Armii oraz Departament Energii USA. Mogą one przyczynić się do stworzenia elastycznych metod detekcji kwantowej, które można zastosować w różnych typach sensorów kwantowych.