Новое исследование показывает, что квантовые датчики благодаря сетевому подходу и методам шумоподавления достигают высочайшей точности измерений окружающей среды. Фото: SciTechDaily.com
Успешная демонстрация шумоподавления с помощью корреляционной спектроскопии.
Квантовые системы, используемые в квантовых технологиях, например, одиночные атомы, также очень чувствительны: любое взаимодействие с окружающей средой может вызвать изменения в квантовой системе, приводящие к ошибкам. Однако эта замечательная чувствительность квантовых систем к факторам окружающей среды на самом деле представляет собой уникальное преимущество. Эта чувствительность позволяет квантовым датчикам превосходить традиционные датчики по точности, например, при измерении магнитных или гравитационных полей.
Шумоподавление с использованием корреляционной спектроскопии
Тонкие квантовые свойства, необходимые для восприятия, могут быть скрыты шумом — быстрым взаимодействием между датчиком и окружающей средой, которое нарушает информацию внутри датчика, делая квантовый сигнал нечитаемым. В новой статье физики во главе с Кристианом Роосом из факультета экспериментальной физики Инсбрукского университета вместе с партнерами из Израиля и США представляют метод, позволяющий снова сделать эту информацию доступной с помощью «корреляционной спектроскопии».
До 91 атома образуют сенсорную сеть, которая позволяет еще более точно измерять физические явления благодаря новому методу. 1 кредит
«Здесь ключевая идея заключается в том, что мы используем не один датчик, а сеть из 91 датчика, каждый из которых состоит из одного датчика. атом», — объясняет Хелен Хайнцер, первый автор статьи. «Поскольку шум одинаково влияет на все датчики, анализ одновременных изменений состояний всех датчиков позволяет нам эффективно вычитать шум окружающей среды и восстанавливать нужную информацию. Это позволяет нам точно измерять изменения магнитного поля в окружающей среде, а также определять расстояние между квантовыми датчиками».
Помимо этого, метод применим для различных других задач зондирования и на различных экспериментальных платформах, что отражает его универсальность.
Точность увеличивается с количеством датчиков
Хотя ранее корреляционная спектроскопия была продемонстрирована с использованием двух атомных часов, что позволило добиться превосходной точности измерения времени, «наша работа знаменует собой первое применение этого метода на таком большом количестве атомов», — подчеркивает лауреат премии ERC Кристиан Роос.
«Чтобы установить экспериментальный контроль над таким количеством атомов, мы в течение нескольких лет строили совершенно новую экспериментальную установку».
В своей публикации ученые из Инсбрука показывают, что точность измерений датчиков увеличивается с увеличением количества частиц в сенсорной сети. Примечательно, что запутанность, традиционно используемая для повышения точности квантовых датчиков, но которую трудно создать в лаборатории, не дает преимущества по сравнению с сетью из нескольких датчиков.
Работа опубликована в журнале Физический обзор X.
Ссылка: «Корреляционная спектроскопия с мультикубитной оценкой фазы» Х. Хайнцера, Д. Кизенхофера, Т. Олликайнена, М. Бока, Ф. Кранцла, М. К. Джоши, Г. Йоэли, Р. Блатта, Т. Гефена и К. Ф. Рооса. , 29 февраля 2024 г., Физический обзор X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.011033
Это исследование финансировалось, среди прочего, Австрийским научным фондом FWF, Федеральным министерством образования, науки и исследований Австрии, Европейским Союзом и Федерацией австрийской промышленности Тироля.