Korrelationsspektroskopi-forskning viser, at netværk af kvantesensorer øger præcisionen

Kvantesensorteknologi lover endnu mere præcise målinger af fysiske størrelser. Et team ledet af Christian Roos ved universitetet i Innsbruck har nu sammenlignet signalerne fra op til 91 kvantesensorer med hinanden og dermed med succes elimineret støjen forårsaget af interaktioner med miljøet.

De kvantesystemer, der anvendes i kvanteteknologier, er også meget følsomme:Enhver interaktion med miljøet kan inducere ændringer i kvantesystemet, hvilket fører til fejl. Imidlertid repræsenterer denne bemærkelsesværdige følsomhed af kvantesystemer over for miljøfaktorer faktisk en unik fordel. Denne følsomhed gør det muligt for kvantesensorer at overgå konventionelle sensorer i præcision, for eksempel ved måling af magnetiske felter eller gravitationsfelter.

Støjreduktion ved hjælp af korrelationsspektroskopi

De sarte kvanteegenskaber, der er nødvendige for sansning, kan dækkes af støj - hurtige interaktioner mellem sensoren og omgivelserne, der forstyrrer informationen i sensoren, hvilket gør kvantesignalet ulæseligt. I et nyt papir offentliggjort i Physical Review X , præsenterer fysikere ledet af Christian Roos fra Institut for Eksperimentel Fysik ved Universitetet i Innsbruck sammen med partnere i Israel og USA en metode til at gøre denne information tilgængelig igen ved hjælp af "korrelationsspektroskopi."

"Her er hovedideen, at vi ikke bare bruger en enkelt sensor, men et netværk på op til 91 sensorer, der hver består af et enkelt atom," forklarer Helene Hainzer, den første forfatter til papiret. "Da støj påvirker alle sensorer ligeligt, giver analyse af samtidige ændringer i tilstanden af ​​alle sensorer os mulighed for effektivt at trække miljøstøjen fra og rekonstruere den ønskede information.

"Dette giver os mulighed for præcist at måle magnetiske feltvariationer i miljøet, samt bestemme afstanden mellem kvantesensorerne." Ud over det er metoden anvendelig til andre sansningsopgaver og inden for forskellige eksperimentelle platforme, hvilket afspejler dens alsidighed.

Nøjagtigheden øges med antallet af sensorer

Mens korrelationsspektroskopi tidligere er blevet demonstreret med to atomure, hvilket giver mulighed for en overlegen præcision i måling af tid, "markerer vores arbejde den første anvendelse af denne metode på et så stort antal atomer," siger Roos. "For at etablere eksperimentel kontrol over så mange atomer byggede vi et helt nyt eksperimentelt setup over flere år."

I deres publikation viser Innsbruck-forskerne, at præcisionen af ​​sensormålingerne stiger med antallet af partikler i sensornetværket. Det er bemærkelsesværdigt, at sammenfiltring – der konventionelt bruges til at forbedre kvantesensorens præcision, men svær at skabe i laboratoriet – ikke giver en fordel sammenlignet med multisensornetværket.

Flere oplysninger: H. Hainzer et al., Correlation Spectroscopy with Multiqubit-Enhanced Phase Estimation, Physical Review X (2024). DOI:10.1103/PhysRevX.14.011033

Journaloplysninger: Fysisk gennemgang X

Leveret af University of Innsbruck