Quantum trick blokerer baggrunds -snak i sanseapparater

Et team fra University of Sydney har løst et almindeligt problem i kvantesensorenheder, som bruges i biomedicinsk billeddannelse og har forsvarsapplikationer.

Industrielle sensorer er overalt i vores teknologi, og for at fungere vellykket skal de være i stand til at identificere bittesmå signaler fra en rodet baggrund.

For de fleste mennesker er dette enkelt. Gå ind i et fyldt rum, og du kan vælge en enkelt stemme, mens du ignorerer alle andre. Det trick er ikke så let for industrielle sensorer - og udfordringen bliver endnu sværere for superfølsomme kvanteenheder.

Nu, et team ledet af professor Michael J. Biercuk fra University of Sydney, i samarbejde med Dartmouth College og Johns Hopkins Applied Physics Laboratory i USA, har udviklet kvantestyringsteknikker, der muliggør en ny generation af ultrafølsomme sensorer, der kan identificere bittesmå signaler, mens de afviser baggrundsstøj ned til teoretiske grænser.

"Ved at anvende de rigtige kvantekontroller på en qubit-baseret sensor, vi kan justere dens respons på en måde, der garanterer den bedst mulige udelukkelse af baggrundsrøret - det vil sige, de andre stemmer i rummet, "sagde professor Biercuk, en chefforsker ved ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems.

Mens enhederne selv er forbedret, de måleprotokoller, der bruges til at fange og fortolke signalerne, har haltet bagefter. Kvantesensorer giver derfor ofte uklare resultater, hvilket komplicerer fortolkning af dataene gennem et fænomen kendt som "spektral lækage" - lidt som at blive distraheret af de forkerte stemmer i rummet.

University of Sydney forskning, udgivet tirsdag i Naturkommunikation , demonstrerer kontrolprotokoller, der hjælper med at drage fordel af forbedret sensorhardware.

Eksperimenterne, ved hjælp af fangede atomioner, har reduceret spektral lækage med mange størrelsesordener i forhold til konventionelle metoder. Professor Biercuk sagde under visse omstændigheder, de metoder, de har udviklet, er op til 100 millioner gange bedre til at udelukke denne baggrund.

Kvantesensorer udnytter netop det, der gør det så svært at bygge kvantecomputere. Quantum bits, eller qubits, er byggestenene i kvantecomputere, men de er meget tilbøjelige til at miste deres kvanteegenskaber på grund af interferens fra miljøet. Denne udfordring kan vendes på hovedet og bruges til at bygge sensorer, der er meget mere lydhøre over for miljøet end klassiske teknologier.

Professor Biercuk sagde, at de nye protokoller kunne have anvendelser inden for medicin, såsom billeddannelse inde i levende celler ved hjælp af nanodiamanter. De kan også bruges i forsvars- og sikkerhedssystemer, der bruger kvanteforbedrede magnetometre, enheder, der måler ændringer i magnetiske felter til målidentifikation og sporing.

Han sagde:"Vores tilgang er relevant for næsten enhver kvanteføler -applikation og kan også anvendes på kvanteberegning, da den giver en måde, der hjælper med at identificere kilder til hardwarefejl. Dette er et stort fremskridt i, hvordan vi driver kvantesensorer."

Professor Biercuk har for nylig lanceret en spin-off med venturekapitalstøtte fra det arbejde, der udføres på University of Sydney. Q-Ctrl sigter mod at være den pålidelige udbyder af kvantestyringsløsninger til alle nye kvanteteknologier.