Kvantsensorteknologin lovar ännu mer exakta mätningar av fysiska storheter. Ett team under ledning av Christian Roos vid universitetet i Innsbruck har nu jämfört signalerna från upp till 91 kvantsensorer med varandra och därmed framgångsrikt eliminerat bruset som orsakas av interaktioner med omgivningen.
De kvantsystem som används i kvantteknologier är också mycket känsliga:All interaktion med miljön kan inducera förändringar i kvantsystemet, vilket leder till fel. Emellertid representerar denna anmärkningsvärda känslighet hos kvantsystem för miljöfaktorer faktiskt en unik fördel. Denna känslighet gör det möjligt för kvantsensorer att överträffa konventionella sensorer i precision, till exempel vid mätning av magnetiska eller gravitationsfält.
De känsliga kvantegenskaperna som behövs för avkänning kan täckas över av brus - snabba interaktioner mellan sensorn och miljön som stör informationen i sensorn, vilket gör kvantsignalen oläslig. I en ny artikel publicerad i Physical Review X , presenterar fysiker under ledning av Christian Roos från Institutionen för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck, tillsammans med partners i Israel och USA, en metod för att göra denna information tillgänglig igen med hjälp av "korrelationsspektroskopi."
"Här är nyckelidén att vi inte bara använder en enda sensor, utan ett nätverk av upp till 91 sensorer, som var och en består av en enda atom", förklarar Helene Hainzer, den första författaren till uppsatsen. "Eftersom buller påverkar alla sensorer lika, kan vi genom att analysera samtidiga förändringar i alla sensorers tillstånd effektivt subtrahera omgivningsbruset och rekonstruera den önskade informationen.
"Detta tillåter oss att exakt mäta magnetfältsvariationer i miljön, samt bestämma avståndet mellan kvantsensorerna." Utöver det är metoden användbar för andra avkänningsuppgifter och inom olika experimentella plattformar, vilket återspeglar dess mångsidighet.
Medan korrelationsspektroskopi har demonstrerats tidigare med två atomklockor, vilket möjliggör en överlägsen precision vid mätning av tid, "markerar vårt arbete den första tillämpningen av denna metod på ett så stort antal atomer", säger Roos. "För att etablera experimentell kontroll över så många atomer byggde vi en helt ny experimentell uppsättning under flera år."
I sin publikation visar forskarna från Innsbruck att precisionen i sensormätningarna ökar med antalet partiklar i sensornätverket. Noterbart är att intrassling – som konventionellt används för att förbättra kvantsensorprecisionen men svår att skapa i laboratoriet – inte ger en fördel jämfört med nätverket med flera sensorer.
Mer information: H. Hainzer et al, Correlation Spectroscopy with Multiqubit-Enhanced Phase Estimation, Physical Review X (2024). DOI:10.1103/PhysRevX.14.011033
Journalinformation: Fysisk granskning X
Tillhandahålls av University of Innsbruck
