Novas pesquisas demonstram que sensores quânticos, por meio de uma abordagem em rede e técnicas de cancelamento de ruído, alcançam precisão superior em medições ambientais. Crédito: SciTechDaily.com
Demonstração bem-sucedida de cancelamento de ruído usando espectroscopia de correlação.
Os sistemas quânticos empregados nas tecnologias quânticas, por exemplo, átomos únicos, também são muito sensíveis: qualquer interação com o meio ambiente pode induzir alterações no sistema quântico, levando a erros. No entanto, esta notável sensibilidade dos sistemas quânticos aos fatores ambientais representa, na verdade, uma vantagem única. Essa sensibilidade permite que os sensores quânticos superem os sensores convencionais em precisão, por exemplo, ao medir campos magnéticos ou gravitacionais.
Cancelamento de ruído usando espectroscopia de correlação
As delicadas propriedades quânticas necessárias para a detecção podem ser encobertas pelo ruído – interações rápidas entre o sensor e o ambiente que perturbam a informação dentro do sensor, tornando o sinal quântico ilegível. Num novo artigo, físicos liderados por Christian Roos, do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck, juntamente com parceiros em Israel e nos EUA, apresentam um método para tornar esta informação acessível novamente usando “espectroscopia de correlação”.
Até 91 átomos formam uma rede de sensores que permite medições ainda mais precisas de fenômenos físicos graças a um novo método. Crédito: Helene Hainzer
“Aqui, a ideia principal é que não utilizemos apenas um único sensor, mas uma rede de até 91 sensores, cada um composto por um único sensor. átomo”, explica Helene Hainzer, a primeira autora do artigo. “Como o ruído afeta todos os sensores igualmente, a análise de mudanças simultâneas nos estados de todos os sensores nos permite subtrair efetivamente o ruído ambiental e reconstruir as informações desejadas. Isso nos permite medir com precisão as variações do campo magnético no ambiente, bem como determinar a distância entre os sensores quânticos.”
Além disso, o método é aplicável para diversas outras tarefas de detecção e em diversas plataformas experimentais, refletindo sua versatilidade.
A precisão aumenta com o número de sensores
Embora a espectroscopia de correlação tenha sido demonstrada anteriormente com dois relógios atômicos, permitindo uma precisão superior na medição do tempo, “o nosso trabalho marca a primeira aplicação deste método num número tão grande de átomos”, enfatiza Christian Roos, vencedor do prémio ERC.
“Para estabelecer o controle experimental sobre tantos átomos, construímos uma configuração experimental inteiramente nova ao longo de vários anos.”
Na sua publicação, os cientistas de Innsbruck mostram que a precisão das medições dos sensores aumenta com o número de partículas na rede de sensores. Notavelmente, o emaranhamento – convencionalmente usado para melhorar a precisão do sensor quântico, mas difícil de criar em laboratório – não oferece uma vantagem em comparação com a rede multissensor.
O trabalho foi publicado na revista Revisão Física X.
Referência: “Espectroscopia de Correlação com Estimativa de Fase Aprimorada por Multiqubit” por H. Hainzer, D. Kiesenhofer, T. Ollikainen, M. Bock, F. Kranzl, MK Joshi, G. Yoeli, R. Blatt, T. Gefen e CF Roos , 29 de fevereiro de 2024, Revisão Física X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.011033
Este estudo foi apoiado financeiramente pelo Fundo Austríaco para a Ciência FWF, pelo Ministério Federal Austríaco da Educação, Ciência e Investigação, pela União Europeia e pela Federação das Indústrias Austríacas do Tirol, entre outros.
