Acasă Nanotehnologie ÎMBUNĂTĂȚIREA SENZORILOR CUANTICI

ÎMBUNĂTĂȚIREA SENZORILOR CUANTICI

46
0
(c) HARALD RITSCH/UNIVERSITY OF INNSBRUCK

În prezent, cercetătorii din Austria au dezvoltat ceea ce spun ei că este primul senzor cuantic programabil, un dispozitiv capabil de un nivel fără precedent de sensibilitate, care operează aproape de limitele fundamentale impuse de legile mecanicii cuantice.

Tehnologia cuantică se bazează pe efectele cuantice care pot apărea la cele mai mici niveluri. De exemplu, efectul cuantic cunoscut sub numele de superpoziție permite atomilor și altor blocuri de construcție ale cosmosului să se rotească în două direcții opuse în același timp sau să existe în două sau mai multe locuri în mod simultan. Prin plasarea multor componente cunoscute sub numele de qubiți în superpoziție și legându-le printr-un fenomen mecanic-cuantic cunoscut sub numele de inseparabilitate, un computer cuantic poate, teoretic, să efectueze un număr uluitor de calcule în mod simultan.

Atât calculatoarele cuantice, cât și alte tehnologii cuantice sunt foarte fragile la orice interferență exterioară. Cu toate acestea, senzorii cuantici valorifică această vulnerabilitate pentru a obține o sensibilitate excepțională la cele mai mici perturbări ale mediului și au multe aplicații potențiale în medicină, nanotehnologie, telecomunicații și navigație prin satelit.

În cadrul noului studiu, cercetătorii au încercat să aducă progresele recente realizate în calculul cuantic pentru a îmbunătăți detectarea cuantică. Experimentele lor au implicat circuite cuantice formate din până la 26 de qubiți, fiecare constând dintr-un ion de calciu prins într-un câmp electric.

Noua tehnică a adoptat o abordare hibridă, în care fiecare circuit cuantic a fost asociat cu un supercomputer clasic. Oamenii de știință au programat această platformă pentru a rula un algoritm cuantic variațional, care a căutat soluția optimă pentru o problemă. În acest caz, soluția a fost reprezentată de cele mai bune setări ale circuitului cuantic cu care să măsoare stările qubiților.

În cadrul experimentelor, oamenii de știință au descoperit faptul că senzorul cuantic programabil se poate optimiza suficient de mult pentru ca acesta să se apropie de limita fundamentală de detectare până la un factor de aproximativ 1,45. (Limita finală de detectare este un factor de 1; cu cât un senzor se apropie mai mult de această limită, cu atât performanța sa este mai bună.)

„În mod surprinzător, în ciuda zgomotului din sistem, senzorul s-a apropiat extrem de mult de estimările privind cea mai bună performanță. Acest lucru arată robustețea abordării, ceea ce ne face să fim destul de optimiști în ceea ce privește utilizările sale practice în multe scenarii. De fapt, senzorul poate funcționa și în situații realiste; el poate oferi beneficii tangibile în condiții reale”, a declarat autorul principal al studiului, Christian Marciniak, fizician în cadrul Universității din Innsbruck, Austria.

Cele mai bune aplicații ale acestei noi lucrări implică senzori cu ioni prinși, inclusiv dispozitive precum ceasuri atomice și sistemele de poziționare globală, precum și senzori magnetici și inerțiali. „De exemplu, această nouă tehnică ar putea îmbunătăți rezoluția de măsurare a magnetometrelor, pentru diagnosticări mai precise. În mod similar, ceasurile atomice îmbunătățite pot conduce la o mai mare precizie a poziției GPS”, a adăugat Marciniak.

În cele din urmă, această nouă tehnică poate ajuta la îmbunătățirea multor alte tipuri de platforme hardware pentru senzori. Cercetătorii sunt de părere că încorporarea tot mai multor particule inseparabile în această nouă clasă de senzori cuantici programabili poate avea ca rezultat un „avantaj cuantic” față de dispozitivele anterioare.

LĂSAȚI UN MESAJ

Vă rugăm să introduceți comentariul dvs.!
Introduceți aici numele dvs.

Acest site folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.