Quantum belooft de kracht van detectietechnologieën te vergroten. Hoewel het gebied van kwantumdetectie veel potentieel heeft getoond voor het detecteren van zeer kleine signalen, het vermogen om deze sensoren echt te optimaliseren is gedwarsboomd door de complexiteit van regelschema's.

In een paper gepubliceerd op 25 maart in Nature Partner Journals Kwantuminformatie , een onderzoeksteam gevestigd aan het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, legden uit hoe ze twee theoretische instrumenten van kwantuminformatie hebben toegepast op dit soort extreem gevoelige signaaldetectietaken. Hun onderzoek suggereert dat het aanscherpen van deze gevoeligheid om signalen te detecteren en achtergrondruis te verwerpen het gebruik van kwantumdetectoren mogelijk zal maken, zelfs wanneer deze omgevingsruis sterk is ten opzichte van het signaal van belang.

"Dit veld heeft recentelijk veel belangstelling gekregen door theoretische vooruitgang en indrukwekkende experimentele resultaten op verschillende platforms, " zei Paraj Titum, een kwantumwetenschapper bij APL's Research and Exploratory Development Department en de hoofdauteur van het artikel. "Onze resultaten zijn gemakkelijk te implementeren in een verscheidenheid aan kwantumcomputer- en kwantumdetectieplatforms zoals supergeleidende qubits, NV-diamanten, en siliciumcarbide."

De auteurs pasten filterfuncties en optimale kwantumcontroletheorieën toe op een use case van kwantumbit (qubit) sensoren die een klassiek probleem weerspiegelen in de signaaldetectietheorie:optimale detectie van een bekend signaal van achtergrondruis met een regelbare kwantumsensor. Het onderzoeksteam kreeg analytisch inzicht in het optimale controleprotocol wanneer de achtergrondruis wit is.

"Dit bleek het alomtegenwoordige spin-locking controleschema te zijn, ' zei Titum. 'Meer in het algemeen, we hebben een eenvoudige numerieke techniek ontwikkeld voor willekeurig signaal en achtergrondruis." Dit is vergelijkbaar met het bekende matched filterschema dat de optimale methode is om te gebruiken bij klassieke signaalverwerking.

Het APL-team heeft al plannen om dit schema te onderzoeken bij het detecteren van realistische signalen in een experimentele setting. Een ander veelbelovend theoretisch pad dat ze willen verkennen, is het gebruik van kwantumverstrengeling om de detectiewaarschijnlijkheid te vergroten in vergelijking met klassieke sensoren.