Kvanttrick blockerar bakgrunden "chatter" i avkänningsenheter

Anonim

Ett universitet i Sydney-teamet har löst ett gemensamt problem i kvantavkännande enheter, vilka används i biomedicinsk bildbehandling och har försvarstillämpningar.

Industriella sensorer finns överallt i vår teknik och för att fungera framgångsrikt måste de kunna identifiera små signaler från en rörig bakgrund.

För de flesta människor är det enkelt. Gå in i ett trångt rum och du kan välja en enda röst medan du ignorerar alla andra. Det tricket är inte så lätt för industrisensorer - och utmaningen blir ännu svårare för superkänsliga kvantenheter.

Nu har ett team ledt av professor Michael J. Biercuk från University of Sydney i samarbete med Dartmouth College och Johns Hopkins Applied Physics Laboratory i USA utvecklat kvantkontroltekniker som möjliggör en ny generation av extremkänsliga sensorer som kan identifiera små signaler samtidigt som bakgrundsljudet avvisas till teoretiska gränser.

"Genom att tillämpa rätt kvantkontroller på en qubit-baserad sensor kan vi justera sitt svar på ett sätt som garanterar bästa möjliga uteslutning av bakgrundsröret - det vill säga de andra rösterna i rummet", säger professor Biercuk, en chef utredare vid ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems.

Medan enheterna själva har förbättrats, har mätprotokollen som används för att fånga och tolka signalerna saktat bakom. Kvantsensorer returnerar därför ofta fuzzy resultat, vilket komplicerar tolkning av data genom ett fenomen som kallas spektral läckage - lite som att distraheras av fela röster i rummet.

University of Sydney-forskning, publicerad tisdag i Nature Communications, visar kontrollprotokoll som hjälper till att dra nytta av förbättrad sensorhårdvara.

Experimenten, med användning av infångade atomjoner, har reducerat spektralläckage med många storleksordningar över konventionella metoder. Professor Biercuk sa under vissa omständigheter att de metoder som de har utvecklat är upp till 100 miljoner gånger bättre för att utesluta denna bakgrund.

Kvantsensorer utnyttjar det mycket som gör det svårt att bygga kvantkomponenter. Kvantbitar eller qubits är byggstenarna i kvantdatorer men de är mycket benägna att förlora sina kvantegenskaper på grund av miljöförstöring. Denna utmaning kan sättas på huvudet och brukade bygga sensorer som är mycket mer mottagliga för miljön än klassisk teknik.

Professor Biercuk sa att de nya protokollen kunde ha tillämpningar inom medicin, såsom bildbehandling inom levande celler med hjälp av nanodiamanter. De kan också användas i försvars- och säkerhetssystem som använder kvantitetsförbättrade magnetometrar, enheter som mäter förändringar i magnetfält för målidentifiering och spårning.

Han sa: "Vårt tillvägagångssätt är relevant för nästan alla kvantavkännande applikationer och kan även tillämpas på kvantkalkylering, eftersom det ger ett sätt att identifiera källor till maskinvarufel. Detta är ett viktigt framsteg när det gäller hur vi använder kvantsensorer."

Professor Biercuk har nyligen lanserat en riskkapitalbaserad spin-off från det arbete som utförs vid University of Sydney. Q-Ctrl siktar på att vara den pålitliga leverantören av kvantkontrolllösningar för alla nya kvanttekniker.

menu
menu