Inovação em sensores quânticos: framework avançado reúne pesquisadores da NC State e MIT

São PauloCientistas da Universidade Estadual da Carolina do Norte e do MIT desenvolveram um novo método para criar sensores quânticos extremamente sensíveis. Essa técnica permite ajustar os sistemas quânticos para detectar sinais específicos, tornando esses sensores muito mais eficazes do que os sensores convencionais.

Sensores Quânticos Aplicam Técnicas Clássicas de Processamento de Sinais

Sensores quânticos operam no mais alto nível permitido pela mecânica quântica, mas é complicado direcioná-los para detectar sinais específicos. Yuan Liu, professor assistente na NC State, afirma que a ideia surgiu de técnicas clássicas de processamento de sinais. Liu e sua equipe conseguiram aplicar essas técnicas a sistemas quânticos.

Os pesquisadores desenvolveram uma estrutura algorítmica que:

• Acopla um qubit a um oscilador bosônico
• Utiliza interferometria para codificar os resultados no estado do qubit
• Mede o qubit para uma leitura de disparo único

Na computação tradicional, a informação é armazenada em bits que podem ser 0 ou 1. Na computação quântica, os qubits podem ser 0, 1 ou ambos ao mesmo tempo. Um oscilador bosônico é um sistema mais complexo que pode possuir um número infinito de estados. Controlar o estado desse oscilador é extremamente desafiador.

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O sensor utiliza funções polinomiais para controlar a onda do oscilador, permitindo detectar um sinal específico. Quando o sinal é detectado, a manipulação cessa, ocasionando mudanças que resultam em um resultado legível no estado do qubit. Este resultado oferece uma resposta clara de "sim" ou "não" sobre a presença do sinal, sendo necessária apenas uma medição do qubit.

Essa abordagem aproveita o hardware quântico já disponível, como:

• Íons aprisionados
• Plataformas supercondutoras
• Átomos neutros

O método permite reunir informações de um sistema complexo de maneira eficiente, sem a necessidade de realizar diversas medições.

Acredito que este desenvolvimento torna a detecção quântica mais útil em situações do mundo real. É inteligente e prático empregar métodos clássicos em tarefas quânticas. A medição única eficiente é especialmente valiosa, pois economiza tempo e recursos. Esse avanço pode acelerar o progresso em áreas como ciência dos materiais, medicina e comunicação, onde a detecção precisa é crucial.

A pesquisa publicada na revista "Quantum" foi financiada pelo Escritório de Pesquisa do Exército e pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos. Esta pesquisa pode contribuir para o desenvolvimento de métodos de sensoriamento quântico flexíveis que funcionem com diferentes tipos de sensores quânticos.