Investigadores revolucionan con un nuevo marco de diseño para sensores cuánticos

MadridCientíficos de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y del MIT han desarrollado un nuevo método para crear sensores cuánticos altamente sensibles. Esta técnica les permite ajustar sistemas cuánticos para detectar señales específicas. Como resultado, estos sensores cuánticos pueden ser mucho más efectivos que los sensores convencionales.

Los sensores cuánticos pueden operar al máximo nivel permitido por la mecánica cuántica, pero es complicado orientarlos para detectar señales específicas. Según Yuan Liu, profesor asistente en NC State, la idea surgió de técnicas clásicas de procesamiento de señales. Liu y su equipo han encontrado la manera de aplicar estas técnicas a los sistemas cuánticos.

Los investigadores desarrollaron un marco algorítmico que:

• Acopla un qubit a un oscilador bosónico
• Emplea la interferometría para codificar los resultados en el estado del qubit
• Mide el qubit para una lectura de una sola señal

En la computación tradicional, la información se almacena en bits que pueden ser 0 o 1. En la computación cuántica, los qubits pueden ser 0, 1 o ambos al mismo tiempo. Un oscilador bosónico es un sistema más complejo que puede tener un número infinito de estados. Controlar el estado de este oscilador es bastante complicado.

El sensor utiliza funciones polinomiales para controlar la onda del oscilador, permitiéndole detectar una señal específica. Una vez detectada, la manipulación se detiene, provocando cambios que resultan en un estado legible del qubit. Este resultado proporciona una respuesta clara de "sí" o "no" sobre la presencia de la señal, y solo se necesita una medición del qubit para determinarlo.

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Este enfoque aprovecha el hardware cuántico disponible, como:

• Iones atrapados
• Plataformas superconductoras
• Átomos neutros

El método permite recopilar información de un sistema complejo de manera eficiente sin la necesidad de realizar múltiples mediciones.

Creo que este avance hace que la detección cuántica sea más útil en situaciones cotidianas. Es inteligente y práctico emplear métodos clásicos en tareas cuánticas. La medición eficiente única es especialmente valiosa porque ahorra tiempo y recursos. Este avance puede acelerar el progreso en áreas como la ciencia de materiales, la medicina y la comunicación, donde la detección precisa es muy importante.

La investigación publicada en "Quantum" fue financiada por la Oficina de Investigación del Ejército y el Departamento de Energía de EE. UU. Esta podría facilitar la creación de métodos flexibles de detección cuántica que funcionen con diversos tipos de sensores cuánticos.