Physical Review X: Сеть квантовых датчиков повышает точность измерений

Квантовые системы, используемые в квантовых технологиях, например, отдельные атомы, очень чувствительны: любое взаимодействие с окружающей средой может вызвать изменения в квантовой системе, что приведет к ошибкам.

Однако эта удивительная чувствительность квантовых систем к факторам окружающей среды на самом деле представляет собой уникальное преимущество. Благодаря этой чувствительности квантовые датчики могут превосходить обычные датчики по точности, например, при измерении магнитных или гравитационных полей.

Подавление шума с помощью корреляционной спектроскопии

Тонкие квантовые свойства, необходимые для зондирования, могут быть скрыты шумом — быстрыми взаимодействиями между датчиком и окружающей средой, которые нарушают информацию внутри датчика, делая квантовый сигнал нечитаемым. В новой работе физики под руководством Кристиана Рооса с кафедры экспериментальной физики Инсбрукского университета совместно с партнерами из Израиля и США представляют метод, позволяющий сделать эту информацию снова доступной с помощью «корреляционной спектроскопии».

Ключевая идея заключается в том, что мы используем не просто один датчик, а сеть из 91 датчика, каждый из которых состоит из одного атома, — объясняет Хелене 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 измерить изменения магнитного поля в окружающей среде, а также определить расстояние между квантовыми датчиками.

Кроме того, метод применим для решения других задач зондирования и в рамках различных экспериментальных платформ, что отражает его универсальность.

Точность увеличивается с ростом числа датчиков

Ранее корреляционная спектроскопия была продемонстрирована на двух атомных часах, что позволило добиться более высокой точности измерения времени.

Наша работа знаменует собой первое применение этого метода на таком большом количестве атомов, — подчеркивает лауреат премии ERC Кристиан Роос.

Для того чтобы установить экспериментальный контроль над таким количеством атомов, мы в течение нескольких лет создавали совершенно новую экспериментальную установку.

В своей публикации ученые из Инсбрука показывают, что точность сенсорных измерений растет с увеличением числа частиц в сенсорной сети. Примечательно, что запутывание или сцепленность — традиционно используемое для повышения точности квантовых датчиков, но трудно создаваемое в лабораторных условиях — не дает преимущества по сравнению с сетью из нескольких датчиков.

04.03.2024