Ny metode kan føre til mere kraftfulde kvantesensorer

Da kvanteteknologien fortsat kommer til sin ret, investeringer sker på global skala. Snart, vi kunne se forbedringer i maskinlæringsmodeller, vurdering af økonomisk risiko, effektiviteten af ​​kemiske katalysatorer og opdagelsen af ​​nye lægemidler.

Som mange forskere, virksomheder og regeringer skynder sig at investere i den nye æra af kvanteteknologi, et afgørende stykke af denne innovationsbølge er kvantesensoren. Forbedring af disse enheder kan betyde mere kraftfulde computere, bedre sygdomsdetektorer og teknologiske fremskridt, som forskere ikke engang kan forudsige endnu.

En videnskabelig undersøgelse fra University of Chicago's Institute for Molecular Engineering udgivet 17. oktober i Naturkommunikation kunne have spændende konsekvenser for udviklingsverdenen for kvantefølelse - og kvanteteknologi som helhed.

"Vi tog en nyligt foreslået idé til at lave bedre optiske klassiske sensorer og spurgte, om den samme idé ville fungere i en kvanteindstilling, "sagde Aashish Ekspedient, en af ​​undersøgelsens forfattere og en professor ved Institute for Molecular Engineering. "Vi fandt ud af, at denne idé ikke rigtig virker i kvanteindstillinger, men at en anden lidt beslægtet tilgang kunne give dig en kæmpe fordel. "

I en kvante indstilling, optiske sensorer er typisk begrænsede, fordi lys består af partikler, og denne diskrethed fører til uundgåelig støj. Men denne undersøgelse afslørede en uventet metode til at bekæmpe denne begrænsning.

"Vi tror, ​​vi har afsløret en ny strategi for at bygge ekstremt kraftfulde kvantesensorer, "Ekspedienten fortsatte.

Vejen til retningsprincippet

Ekspedient og medforfatter Hoi-Kwan Lau, en postdoktor ved UChicago, blev inspireret af nylige højtprofilerede undersøgelser, der viste, hvordan man drastisk kan forbedre en almindelig optisk sanseteknik. "Tricket" involverer tuning af systemer til et usædvanligt punkt, eller et punkt, hvor to eller flere lysmåder samles ved en bestemt frekvens.

Lau og ekspedient ville se, om denne metode kunne lykkes i indstillinger, hvor kvanteeffekter var vigtige. Målet var at redegøre for uundgåelig "kvante" støj-udsving forbundet med, at lys har både en bølgelignende og en partikellignende karakter, Ekspedient forklarede.

Undersøgelsen fandt, at den ekstraordinære punktteknik var ubehjælpelig i kvanteindstillinger, men forskningen førte stadig til lovende resultater.

"Den gode nyhed er, at vi fandt en anden måde at bygge en kraftfuld ny type sensor, der har fordele, selv i kvanteordninger, "Ekspedient sagde." Ideen er at konstruere et system, der er 'retningsbestemt, 'betyder, at fotoner kun kan bevæge sig i en retning. "

Dette retningsprincip-et baseret på, at fotoner kun kan bevæge sig i én retning-er en helt ny udvikling inden for kvantefølelse.

Ny udvikling inden for kvantefølelse

Med hensyn til virkelige applikationer, meget effektive kvantesensorer kan ændre spil. Kvantesystemer er følsomme over for de mindste miljøændringer, så disse detektorer har potentiale til at være utroligt kraftfulde.

Ud over, nogle af de fremmede aspekter af kvanteadfærd, såsom kvanteindvikling, kunne gøre dem endnu stærkere. Kvantforvikling, et forvirrende fænomen selv for forskere, beskriver, hvordan to partikler kan adskilles med en stor afstand, men handlinger udført på den ene partikel påvirker umiddelbart den anden. Denne sammenfiltring kan udnyttes til at gøre kvantesensorer overraskende modstandsdygtige over for visse former for støj.

I fremtiden, ny udvikling inden for kvantefølelse kan føre til betydelige fremskridt på en række områder. Klassen af ​​optiske sensorer beskrevet i undersøgelsen kan bruges til at detektere vira i væsker, for eksempel. De kan også fungere som aflæsningsenheder for kvantebits i en superledende kvantecomputer.

"Vi tror, ​​at vores idé har potentiale til at generere store forbedringer i mange af disse applikationer, "Ekspedient forklarede.

Undersøgelsens implikationer for kvanteberegning er særligt spændende. Kvantecomputere har ikke kun potentiale til dramatisk at øge computerhastigheder, men de kan også tackle problemer, der er fuldstændig umulige med traditionel computing.

Lau og kontorist planlægger at lave yderligere forskning om deres forbedrede sanseteknik. Kontorist har stadig mange spørgsmål:"Hvad sætter, hvor hurtig vores sensor er? Er der grundlæggende grænser for dens hastighed? Kan den bruges til at registrere signaler, der ikke nødvendigvis er små?"

Deres største håb, Ekspeditøren forklarede, er at inspirere andre forskere til at bygge forbedrede kvantesensorer, der udnytter dette nyligt afdækkede princip.