Mentre la tecnologia quantistica continua a dare il meglio di sé, gli investimenti stanno avvenendo su scala globale. Prossimamente, potremmo vedere miglioramenti nei modelli di apprendimento automatico, valutazione del rischio finanziario, l'efficienza dei catalizzatori chimici e la scoperta di nuovi farmaci.

Come numerosi scienziati, aziende e governi si affrettano a investire nella nuova era della tecnologia quantistica, un pezzo cruciale di questa ondata di innovazione è il sensore quantistico. Migliorare questi dispositivi potrebbe significare computer più potenti, rivelatori migliori di malattie e progressi tecnologici che gli scienziati non possono ancora prevedere.

Uno studio scientifico dell'Institute for Molecular Engineering dell'Università di Chicago pubblicato il 17 ottobre in Comunicazioni sulla natura potrebbe avere implicazioni entusiasmanti per il mondo in via di sviluppo del rilevamento quantistico e per la tecnologia quantistica nel suo insieme.

"Abbiamo preso un'idea proposta di recente per realizzare sensori ottici classici migliori e abbiamo chiesto se la stessa idea avrebbe funzionato in un ambiente quantistico, " ha detto Aashish Impiegato, uno degli autori dello studio e professore presso l'Istituto di Ingegneria Molecolare. "Abbiamo scoperto che questa idea non funziona davvero in ambienti quantistici, ma che un altro approccio in qualche modo correlato potrebbe darti un enorme vantaggio."

In un contesto quantistico, i sensori ottici sono in genere limitati perché la luce è costituita da particelle, e questa discrezione porta a un rumore inevitabile. Ma questo studio ha rivelato un metodo inaspettato per combattere questa limitazione.

"Pensiamo di aver scoperto una nuova strategia per costruire sensori quantistici estremamente potenti, "Continuò l'impiegato.

Il percorso verso il principio direzionale

Impiegato e coautore Hoi-Kwan Lau, uno studioso post-dottorato presso UChicago, sono stati ispirati da recenti studi di alto profilo che hanno mostrato come migliorare drasticamente una comune tecnica di rilevamento ottico. Il "trucco" coinvolge i sistemi di messa a punto ad un punto eccezionale, o un punto in cui due o più modalità di luce si uniscono a una frequenza specifica.

Lau e Clerk volevano vedere se questo metodo poteva avere successo in ambienti in cui gli effetti quantistici erano importanti. L'obiettivo era quello di spiegare le inevitabili fluttuazioni del rumore "quantistico" associate al fatto che la luce ha sia un carattere ondulatorio che particellare, Ha spiegato l'impiegato.

Lo studio ha scoperto che la tecnica del punto eccezionale non è utile in un ambiente quantistico, ma la ricerca ha comunque portato a risultati promettenti.

"La buona notizia è che abbiamo trovato un altro modo per costruire un nuovo potente tipo di sensore che presenta vantaggi anche nei regimi quantistici, " Impiegato ha detto. "L'idea è di costruire un sistema che è 'direzionale, ' significa che i fotoni possono muoversi in una sola direzione."

Questo principio direzionale, basato sul fatto che i fotoni sono in grado di muoversi in una sola direzione, è uno sviluppo nuovissimo nel rilevamento quantistico.

Nuovi sviluppi nel rilevamento quantistico

In termini di applicazioni del mondo reale, sensori quantistici altamente efficaci potrebbero cambiare le regole del gioco. I sistemi quantistici sono sensibili ai minimi cambiamenti ambientali, quindi questi rilevatori hanno il potenziale per essere incredibilmente potenti.

Inoltre, alcuni degli aspetti più strani del comportamento quantistico, come l'entanglement quantistico, potrebbe renderli ancora più forti. Entanglement quantistico, un fenomeno sconcertante anche per gli scienziati, descrive come due particelle possono essere separate da una grande distanza, ma le azioni eseguite su una particella influenzano immediatamente l'altra. Questo entanglement può essere sfruttato per rendere i sensori quantistici sorprendentemente resistenti a certi tipi di rumore.

Nel futuro, nuovi sviluppi nel rilevamento quantistico potrebbero tradursi in progressi significativi in ​​una varietà di aree. La classe di sensori ottici descritti nello studio può essere utilizzata per rilevare virus nei liquidi, Per esempio. Possono anche fungere da dispositivi di lettura per bit quantistici in un computer quantistico superconduttore.

"Pensiamo che la nostra idea abbia il potenziale per generare importanti miglioramenti in molte di queste applicazioni, "Spiegava l'impiegato.

Le implicazioni dello studio per l'informatica quantistica sono particolarmente entusiasmanti. Non solo i computer quantistici hanno il potenziale per aumentare drasticamente le velocità di calcolo, ma potrebbero anche affrontare problemi completamente irrealizzabili con l'informatica tradizionale.

Lau e Clerk hanno in programma di fare ulteriori ricerche sulla loro tecnica di rilevamento avanzata. Clerk ha ancora molte domande:"Cosa stabilisce la velocità del nostro sensore? Ci sono limiti fondamentali alla sua velocità? Può essere usato per rilevare segnali che non sono necessariamente piccoli?"

La loro più grande speranza, L'impiegato ha spiegato, è quello di ispirare altri ricercatori a costruire sensori quantistici migliorati che sfruttino questo principio appena scoperto.