Ett University of Sydney -team har löst ett vanligt problem med kvantavkänningsanordningar, som används inom biomedicinsk avbildning och har försvarsapplikationer.

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 detta 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 industriella sensorer - och utmaningen blir ännu svårare för supersensitiva kvantanordningar.

Nu, ett team som leds av professor Michael J. Biercuk från University of Sydney, i samarbete med Dartmouth College och Johns Hopkins Applied Physics Laboratory i USA, har utvecklat kvantkontrolltekniker som möjliggör en ny generation ultrakänsliga sensorer som kan identifiera små signaler samtidigt som de avvisar bakgrundsbrus ner till teoretiska gränser.

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

Medan enheterna själva har förbättrats, mätprotokollen som används för att fånga och tolka signalerna har halkat efter. Kvantsensorer ger därför ofta otydliga resultat, vilket försvårar tolkningen av data genom ett fenomen som kallas "spektralläckage" - lite som att bli distraherad av fel röster i rummet.

University of Sydney forskning, publicerad på tisdagen i Naturkommunikation , visar kontrollprotokoll som hjälper till att dra nytta av förbättrad sensorhårdvara.

Experimenten, med hjälp av fångade atomjoner, har minskat spektralläckage med många storleksordningar jämfört med konventionella metoder. Professor Biercuk sa under vissa omständigheter, metoderna de har utvecklat är upp till 100 miljoner gånger bättre på att utesluta denna bakgrund.

Kvantsensorer utnyttjar just det som gör det så svårt att bygga kvantdatorer. Kvantbitar, eller qubits, är byggstenarna i kvantdatorer men de är mycket benägna att förlora sina kvantegenskaper på grund av störningar från omgivningen. Denna utmaning kan vändas på huvudet och användas för att bygga sensorer som är mycket mer lyhörda för miljön än klassisk teknik.

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

Han sa:"Vår strategi är relevant för nästan alla kvantavkänningsprogram och kan också tillämpas på kvantberäkning eftersom det ger ett sätt att identifiera källor till maskinvarufel. Detta är ett stort framsteg i hur vi använder kvantgivare."

Professor Biercuk har nyligen lanserat en spin-off med riskkapitalstöd från det arbete som utförs vid University of Sydney. Q-Ctrl syftar till att vara den pålitliga leverantören av kvantkontrollösningar för alla nya kvanttekniker.