Czujnik kwantowy dokładny jak nigdy wcześniej. Działa na granicy mechaniki kwantowej

Christian Marciniak z Uniwersytetu w Innsbrucku stanął na czele zespołu badawczego zajmującego się projektowaniem wysoce dokładnego czujnika kwantowego. Efekty prac naukowców są niezwykle imponujące.

Jak sami twierdzą, udało im się stworzyć pierwszy programowalny czujnik kwantowy. Urządzenie zapewnia tak wysoką czułość, że dociera do granic wyznaczonych przez prawa mechaniki kwantowej. Dzięki jego wykorzystaniu możliwe będzie udoskonalenie czujników wykorzystywanych między innymi w zegarach atomowych oraz nawigacji satelitarnej.

Czytaj też: Kwantowa dystrybucja klucza coraz bliżej. Osiągnięto kamień milowy

Komputery kwantowe i inne technologie oparte na kwantach są dokładne, ale jednocześnie niezwykle podatne na wszelkiego rodzaju zakłócenia. Stąd bierze się też ich mnogość zastosowań, od medycyny, przez nanotechnologię, telekomunikację, aż po nawigację satelitarną. W tym przypadku austriaccy naukowcy przeprowadzili eksperymenty z wykorzystaniem układów kwantowych złożonych z 26 kubitów. Każdy z tych tzw. bitów kwantowych zawierał uwięziony elektrycznie jon wapnia.

Czujnik kwantowy składa się z układów złożonych z 26 kubitów

Każdemu obwodowi kwantowemu towarzyszył klasyczny superkomputer, a platforma została zaprogramowana tak, by dało się uruchomić algorytm kwantowy, który poszukiwał optymalnego rozwiązania problemu. Na potrzeby prowadzonych badań problemem tym było jak najwydajniejsze ustawienie obwodu kwantowego, aby dało się mierzyć stany kubitów. Okazało się, iż nowy, programowalny czujnik kwantowy może osiągnąć czułość wynoszącą około 1,45. Im niższa wartość, tym lepiej, a minimalnie może ona wynosić 1.

Czytaj też: Obliczenia kwantowe na wyciągnięcie ręki. To zasługa Microsoftu

Publikacja na ten temat jest dostępna w Nature, a jej autorzy podkreślają, że zaprojektowany czujnik jest niezwykle wytrzymały i radzi sobie nawet w obecności zakłóceń. Marciniak dodaje, iż dzięki temu pojawia się możliwość zastosowania w wielu różnych sytuacjach – nie tylko w ściśle kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. W praktyce oznacza to przede wszystkim postęp dokonujący się w zegarach atomowych oraz systemach GPS, a także czujnikach magnetycznych i inercyjnych. Poza skróceniem czasu potrzebnego na wykonanie obliczeń wzrośnie też dokładność – taka poprawa parametrów nieczęsto idzie w parze.