量子センシングバリアを克服します

インサイダーブリーフ

• USCの研究者は、で公開された研究によると、従来の技術を大幅に上回る新しいコヒーレンス安定化量子センシングプロトコルを実証しました。 自然コミュニケーション。
• この方法は、デコヒーレンスに対抗することにより感度を向上させ、フィードバックや追加の測定リソースを必要とせずに、Qubitの信号が大きく成長するようにします。
• 超伝導Qubitでの実験結果は、測定ごとの感覚の有効性が165％改善され、理論分析は他のシステムでさらに大きな利益を示唆していることが示されました。
• 画像：キュービット状態は、甲抜きのために球体の「北極」に向かって崩壊します。この研究のコヒーレンス安定化センシングプロトコルを使用して、研究者は一時的に減衰を打ち消し、標準プロトコル（赤）よりも研究のプロトコル（青）でより大きなセンシング信号（Yコンポーネント）につながりました。 （Eli Levenson-Falk/USC）

プレスリリース – 研究者は、本日発表された新しい研究に示されているように、医療画像から基礎物理学の研究に及ぶ分野の進歩を潜在的に加速する可能性のある従来の方法を広く超えた新しい量子センシング技術を実証しました。 自然コミュニケーション。

何十年もの間、量子センサーのパフォーマンスはデコヒーランスによって制限されてきました。これは、環境ノイズによって引き起こされる予測不可能な動作です。

「デコヒーレンスにより、量子システムの状態がランダムにスクランブルされ、量子センシング信号が消去されます」と言いました。 エリ・レベンソン・ファーク、研究の上級著者、USC Dornsife College of Letters、Arts and Sciencesの物理学および天文学の准教授、USC Viterbi School of Engineeringの電気およびコンピューター工学の准教授。

量子センシングとは、物理的な量（脳の活動、超高度時計、重力異常など）を極端に精密に測定するためのセンサーとして量子システム（原子、光粒子、Qubitsなど）を使用し、しばしば古典センサーの限界を上回ります。センシングデバイスは、量子特性（重ね合わせ、絡み合い、コヒーレンスなど）を利用して、そうでなければ騒音によってown死する小さな信号を検出します。

USCドーンシフの物理学の博士課程の学生であり、研究の主著者であるマリダ・ヘクトは、次のように述べています。 「量子センシングデバイスは、通常の測定ツールが気付くには小さすぎるまたはかすかなものを検出します。」

新しいコヒーレンス安定化プロトコルを使用して、デコヒーレンスをカウンターします

新しい研究では、研究チームは、実験のキクビットに新しい事前に決定されたコヒーレンス安定化プロトコルを使用して、量子状態の1つの重要な特性を安定化することにより、長年の脱線の問題に一時的に対抗しました。この研究のプロトコルは、共著者のダニエル・リダー（Viterbi Engineering教授、USCの化学と物理学および天文学の教授）とKumar Saurav（USC Viterbiの電気工学の博士課程学生）によって導出された理論に基づいていました。この実験により、量子システムの小さな周波数シフトの測定が大幅に改善されました。 Levenson-Falkは、この研究のコヒーレンス安定化センシングプロトコルにより、量子状態の変化の形をとるセンシング信号が、標準的なプロトコルセンシング測定により大きくなることができると述べました。

この安定化は、微妙な信号を検出することが不可欠なアプリケーションにとって重要であることが証明される可能性があります。 「より大きな信号の検出が容易で、感度が向上します」とレベンソン・ファークは言いました。 「私たちの研究は、これまでのQubitの頻度を検出するための最良の感度を提供します。最も重要なことは、私たちのプロトコルにはフィードバックも追加の制御も測定リソースも必要ありません。

センシング能力の165％の改善

研究者は、超伝導キクビットに関するプロトコルを実証し、ラムジー干渉法として知られる標準プロトコルと比較して、測定ごとに最大1.65倍優れた有効性を達成しました。理論分析では、一部のシステムでは最大1.96倍の潜在的な改善が示されました。

Levenson-Falkは、安定した状態でのセンシングの実験的なデモンストレーションは、リアルタイムフィードバックや多くのセンサーの絡み合いなどの複雑な技術に頼らずに量子センサーを改善する方法があることを示していると述べました。 「また、これらのタイプの測定から考えられるすべての情報をまだ抽出していないことも示しています。さらに良いセンシングプロトコルがそこにあり、それらを使用して現実世界の影響を即座に行うことができます。」

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研究について：この研究は、Matilda O. Hecht、Kumar Saurav、Evangelos Vlachos、Daniel A. Lidar、Eli M. Levenson-Falk、すべてUSCによって執筆されました。

この研究は、契約/助成金番号W911NF2310255、国立科学財団、グラントNo. OMA-1936388に基づくQuantum Leap Big Idea、Grant No. N014-21-1-1688の下で海軍研究室、およびCottrellの科学の進歩のための研究協会の科学産業のための研究協会に基づいて、米国陸軍研究所と米国陸軍研究局が契約/助成金番号W911NF2310255に基づいてサポートされている作業に基づいています。リンカーン研究所（Squill）FoundryのMit Lincoln Laboratoryのキュービット。物理科学研究所（LPS）Qubit Collaboratoryからの資金提供。