Forskare introducerar flexibelt ramverk för mer känsliga och precisa kvantsensorer.

StockholmForskare från North Carolina State University och MIT har utvecklat en ny metod för att skapa mycket känsliga kvantsensorer. Denna metod gör det möjligt för dem att justera kvantsystem för att upptäcka specifika signaler. Som ett resultat kan dessa kvantsensorer bli mycket mer effektiva än vanliga sensorer.

Kvantsensorer kan fungera på den högsta nivå som kvantmekaniken tillåter, men att styra dem för att upptäcka specifika signaler är svårt. Yuan Liu, biträdande professor vid NC State, säger att deras idé kom från klassiska signalbehandlingstekniker. Liu och hans team har hittat ett sätt att tillämpa dessa tekniker på kvantsystem.

Forskarna utvecklade en algoritmisk ram som:

• Kopplar en qubit till en bosonisk oscillator
• Använder interferometri för att koda resultaten i qubitens tillstånd
• Mäter qubiten för enkel avläsning

I vanlig databehandling lagras information i bitar som antingen är 0 eller 1. I kvantdatorer kan kvantbitar vara 0, 1, eller båda samtidigt. En bosonisk oscillator är ett mer komplext system som kan ha ett oändligt antal tillstånd. Att kontrollera tillståndet för denna oscillator är mycket komplicerat.

Sensorn använder polynomfunktioner för att styra oscillatorns vågfunktion, vilket gör att den kan upptäcka en specifik signal. När signalen väl upptäckts, upphör manipulationen och orsakar förändringar som leder till ett läsbart resultat i qubitens tillstånd. Detta resultat ger ett tydligt "ja" eller "nej" svar om signalens närvaro, och det behövs bara en mätning av qubiten.

Läs också:

Idag · 04:09

Bröstmjölksantikroppar skyddar spädbarn mot maginfektioner

Denna metod använder sig av lättillgänglig kvantteknik, såsom:

• Infångade joner
• Supraledande plattformar
• Neutrala atomer

Metoden möjliggör effektiv insamling av information från ett komplicerat system utan att behöva genomföra flera mätningar.

Jag tror att denna utveckling gör kvantsensorer mer användbara i praktiska situationer. Det är både klokt och realistiskt att använda klassiska metoder inom kvantuppgifter. Det effektiva engångsmätningen är särskilt värdefull eftersom den sparar tid och resurser. Denna framsteg kan påskynda utvecklingen inom områden som materialvetenskap, medicin och kommunikation, där noggrann sensorik är mycket viktig.

Forskningen som publicerades i "Quantum" finansierades av Arméns Forskningskontor och USA:s energidepartement. Den kan bidra till att utveckla flexibla kvantsensormetoder som kan fungera med olika typer av kvantsensorer.