Een team van de Universiteit van Sydney heeft een veelvoorkomend probleem opgelost in kwantumsensoren, die worden gebruikt in biomedische beeldvorming en verdedigingstoepassingen hebben.

Industriële sensoren zijn overal in onze technologie aanwezig en om succesvol te kunnen functioneren, moeten ze in staat zijn om kleine signalen van een rommelige achtergrond te herkennen.

Voor de meeste mensen is dit eenvoudig. Loop een drukke kamer binnen en je kunt een enkele stem uitkiezen terwijl je alle anderen negeert. Die truc is niet zo eenvoudig voor industriële sensoren - en de uitdaging wordt nog moeilijker voor supergevoelige kwantumapparaten.

Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van professor Michael J. Biercuk van de Universiteit van Sydney, in samenwerking met Dartmouth College en Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in de VS, heeft kwantumcontroletechnieken ontwikkeld die een nieuwe generatie ultragevoelige sensoren mogelijk maken die kleine signalen kunnen identificeren en achtergrondruis tot theoretische limieten verwerpen.

"Door de juiste kwantumcontroles toe te passen op een op qubits gebaseerde sensor, we kunnen zijn reactie aanpassen op een manier die de best mogelijke uitsluiting van de achtergrondruis garandeert - dat wil zeggen, de andere stemmen in de kamer, " zei professor Biercuk, een hoofdonderzoeker bij het ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems.

Hoewel de apparaten zelf zijn verbeterd, de meetprotocollen die worden gebruikt om de signalen op te vangen en te interpreteren zijn achtergebleven. Quantumsensoren geven daarom vaak vage resultaten, wat de interpretatie van de gegevens bemoeilijkt door een fenomeen dat bekend staat als "spectrale lekkage" - een beetje alsof je wordt afgeleid door de verkeerde stemmen in de kamer.

Het onderzoek van de Universiteit van Sydney, gepubliceerd op dinsdag in Natuurcommunicatie , demonstreert controleprotocollen die zullen helpen profiteren van verbeterde sensorhardware.

de experimenten, met behulp van ingesloten atomaire ionen, hebben spectrale lekkage met vele ordes van grootte verminderd ten opzichte van conventionele methoden. Professor Biercuk zei in bepaalde omstandigheden, de methoden die ze hebben ontwikkeld, zijn tot 100 miljoen keer beter in het uitsluiten van deze achtergrond.

Kwantumsensoren profiteren van juist datgene dat het bouwen van kwantumcomputers zo moeilijk maakt. Kwantumbits, of qubits, zijn de bouwstenen van kwantumcomputers, maar ze zijn zeer vatbaar voor het verliezen van hun kwantumeigenschappen door interferentie van de omgeving. Deze uitdaging kan op zijn kop worden gezet en worden gebruikt om sensoren te bouwen die veel beter reageren op de omgeving dan klassieke technologieën.

Professor Biercuk zei dat de nieuwe protocollen toepassingen kunnen hebben in de geneeskunde, zoals beeldvorming in levende cellen met behulp van nanodiamanten. Ze kunnen ook worden gebruikt in defensie- en beveiligingssystemen die gebruikmaken van quantum-verbeterde magnetometers, apparaten die veranderingen in magnetische velden meten voor identificatie en tracking van doelen.

Hij zei:"Onze benadering is relevant voor bijna elke kwantumdetectietoepassing en kan ook worden toegepast op kwantumcomputing, omdat het een manier biedt om bronnen van hardwarefouten te identificeren. Dit is een grote vooruitgang in de manier waarop we kwantumsensoren bedienen."

Professor Biercuk heeft onlangs een door durfkapitaal gefinancierde spin-off gelanceerd van het werk dat wordt gedaan aan de Universiteit van Sydney. Q-Ctrl wil de vertrouwde leverancier zijn van kwantumcontroleoplossingen voor alle nieuwe kwantumtechnologieën.