Un team dell'Università di Sydney ha risolto un problema comune nei dispositivi di rilevamento quantistico, che vengono utilizzati nell'imaging biomedico e hanno applicazioni di difesa.

I sensori industriali sono ovunque nella nostra tecnologia e per funzionare con successo devono essere in grado di identificare piccoli segnali da uno sfondo disordinato.

Per la maggior parte degli umani questo è semplice. Entra in una stanza affollata e puoi distinguere una sola voce ignorando tutti gli altri. Questo trucco non è così facile per i sensori industriali e la sfida diventa ancora più difficile per i dispositivi quantistici super sensibili.

Ora, un team guidato dal professor Michael J. Biercuk dell'Università di Sydney, in collaborazione con il Dartmouth College e il Johns Hopkins Applied Physics Laboratory negli Stati Uniti, ha sviluppato tecniche di controllo quantistico che consentono una nuova generazione di sensori ultrasensibili in grado di identificare segnali minuscoli respingendo il rumore di fondo fino ai limiti teorici.

"Applicando i giusti controlli quantistici a un sensore basato su qubit, possiamo regolare la sua risposta in modo da garantire la migliore esclusione possibile del disordine di fondo, ovvero le altre voci nella stanza, " disse il professor Biercuk, un investigatore capo presso l'ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems.

Mentre i dispositivi stessi sono migliorati, i protocolli di misurazione utilizzati per catturare e interpretare i segnali sono rimasti indietro. I sensori quantistici quindi restituiscono spesso risultati sfocati, che complica l'interpretazione dei dati attraverso un fenomeno noto come "perdita spettrale" - un po' come essere distratti dalle voci sbagliate nella stanza.

La ricerca dell'Università di Sydney, pubblicato martedì in Comunicazioni sulla natura , dimostra i protocolli di controllo che aiuteranno a trarre vantaggio dall'hardware del sensore migliorato.

Gli esperimenti, usando ioni atomici intrappolati, hanno ridotto la dispersione spettrale di molti ordini di grandezza rispetto ai metodi convenzionali. Il professor Biercuk ha detto in determinate circostanze, i metodi che hanno sviluppato sono fino a 100 milioni di volte migliori nell'escludere questo sfondo.

I sensori quantistici sfruttano proprio ciò che rende così difficile la costruzione di computer quantistici. bit quantici, o qubit, sono gli elementi costitutivi dei computer quantistici, ma sono molto inclini a perdere le loro proprietà quantistiche a causa dell'interferenza dell'ambiente. Questa sfida può essere capovolta e utilizzata per costruire sensori molto più sensibili all'ambiente rispetto alle tecnologie classiche.

Il professor Biercuk ha affermato che i nuovi protocolli potrebbero avere applicazioni in medicina, come l'imaging all'interno di cellule viventi utilizzando nanodiamanti. Potrebbero essere utilizzati anche in sistemi di difesa e sicurezza che utilizzano magnetometri potenziati quantisticamente, dispositivi che misurano i cambiamenti nei campi magnetici per l'identificazione e il tracciamento del bersaglio.

Ha detto:"Il nostro approccio è rilevante per quasi tutte le applicazioni di rilevamento quantistico e può essere applicato anche all'informatica quantistica in quanto fornisce un modo per identificare le fonti di errore hardware. Questo è un importante progresso nel modo in cui operiamo i sensori quantistici".

Il professor Biercuk ha recentemente lanciato uno spin-off sostenuto da capitali di rischio dal lavoro svolto presso l'Università di Sydney. Q-Ctrl mira ad essere il fornitore affidabile di soluzioni di controllo quantistico per tutte le nuove tecnologie quantistiche.