Team finder et lettere optimalt detektionsskema for kortsigtede kvantesensorer

Quantum holder løftet om at øge sensingsteknologiernes magt. Mens området for kvantesansning har vist et stort potentiale for at detektere meget små signaler, evnen til virkelig at optimere disse sensorer er blevet forpurret af kompleksiteten af ​​kontrolskemaer.

I et papir offentliggjort den 25. marts i Nature Partner Journals Kvanteinformation , et forskerhold baseret på Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) i Laurel, Maryland, forklarede, hvordan de anvendte to teoretiske værktøjer af kvanteinformation til disse typer ekstremt følsomme signaldetekteringsopgaver. Deres forskning tyder på, at finpudsning af denne følsomhed til at detektere signaler, mens baggrundsstøj afvises, vil muliggøre brugen af ​​kvantedetektorer, selv når denne omgivende støj er stærk i forhold til signalet af interesse.

"Dette felt har oplevet en del interesse for nylig gennem teoretiske fremskridt og imponerende eksperimentelle resultater på en række forskellige platforme, "sagde Paraj Titum, en kvanteforsker i APL's afdeling for forskning og udforskning og hovedforfatter af papiret. "Vores resultater er let implementerbare i en række forskellige kvanteberegnings- og kvanteregistreringsplatforme, såsom superledende qubits, NV-diamanter, og siliciumcarbid."

Forfatterne anvendte filterfunktioner og optimale kvantestyringsteorier til et brugstilfælde af kvantebit (qubit) sensorer, der afspejler et klassisk problem i signaldetekteringsteori:optimal detektering af et kendt signal fra baggrundsstøj med en kontrollerbar kvantesensor. Forskerholdet opnåede analytisk indsigt i den optimale kontrolprotokol, når baggrundsstøjen er hvid.

"Dette viste sig at være den allestedsnærværende spin-locking-kontrolordning, " sagde Titum. "Mere generelt, vi udviklede en simpel numerisk teknik til vilkårligt signal og baggrundsstøj." Dette svarer til det velkendte matchede filtreringsskema, der er den optimale metode at bruge i klassisk signalbehandling.

APL-teamet har allerede planer om at udforske denne ordning til at detektere realistiske signaler i eksperimentelle omgivelser. En anden lovende teoretisk vej, de planlægger at udforske, er brugen af ​​kvantesammenfiltring for at øge sandsynligheden for påvisning sammenlignet med klassiske sensorer.