Οι κβαντικές τεχνολογίες, παρά τις τεράστιες δυνατότητές τους, παραμένουν ευάλωτες στον θόρυβο του περιβάλλοντος, γεγονός που περιορίζει την αξιοπιστία και την ακρίβειά τους. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Στρασβούργου και το Πανεπιστήμιο Macquarie ανέπτυξαν ένα νέο πρωτόκολλο κβαντικής ανίχνευσης που επιτρέπει τη συλλογή μετρήσεων ακριβείας ακόμη και υπό την παρουσία περιβαλλοντικού θορύβου.
Η μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters, βασίζεται στη διεμπλοκή πολλών ατόμων που λειτουργούν ως σπιν, παγιδευμένων μέσα σε μια οπτική κοιλότητα.
Έλεγχος σπιν σε οπτική κοιλότητα
Το νέο σχήμα επιτυγχάνει τον έλεγχο των ατόμων οδηγώντας την κοιλότητα με ένα κλασικό πεδίο, χωρίς την ανάγκη απευθείας διέγερσης των μεμονωμένων σπιν. Επιλέγοντας βέλτιστες ακολουθίες εντάσεων, φάσεων και συντονισμών του πεδίου, οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν συλλογικές κβαντικές καταστάσεις, γνωστές ως συμμετρικές καταστάσεις Dicke.
Η μέθοδος αυτή επιτρέπει την επίτευξη ακρίβειας που προσεγγίζει το όριο Heisenberg, το οποίο αποτελεί το απώτατο όριο μέτρησης που επιτρέπουν οι νόμοι της κβαντομηχανικής.
Πλεονεκτήματα έναντι προηγούμενων μεθόδων
Η ερευνητική ομάδα απέδειξε ότι με τη χρήση διεμπλεγμένων καταστάσεων έως και 100 σπιν, επιτυγχάνεται σημαντική βελτίωση σε σχέση με τους μη διεμπλεγμένους ανιχνευτές. Η ισχυρή οδήγηση της κοιλότητας για τη δημιουργία κβαντικών πυλών πολλών qubits είναι πειραματικά απλούστερη από προηγούμενα σχήματα και επιτρέπει τη γέννηση διεμπλοκής μεγάλης κλίμακας σε χρονικές κλίμακες μόλις μερικών δεκάδων νανοδευτερολέπτων. Αυτή η ταχύτητα είναι ανώτερη από κάθε άλλη διαθέσιμη μέθοδο με ουδέτερα άτομα.
Εφαρμογές και πειραματική υλοποίηση
Το προτεινόμενο πρωτόκολλο μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε πειραματική διάταξη όπου τα σπιν συνδέονται γραμμικά με έναν κοινό μποζονικό τρόπο. Τέτοιες πλατφόρμες περιλαμβάνουν παγιδευμένα ιόντα, άτομα σε οπτικές κοιλότητες ή κοιλότητες μικροκυμάτων και υπεραγώγιμα qubits. Η εξέλιξη αυτή ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία ατομικών ρολογιών νέας γενιάς, μαγνητόμετρων και άλλων προηγμένων εργαλείων μέτρησης με πρωτοφανή ακρίβεια.
Το μέλλον της κβαντικής ανίχνευσης
Παρά το γεγονός ότι ήδη κυκλοφορούν στο εμπόριο κβαντικοί ανιχνευτές, οι περισσότεροι από αυτούς δεν εκμεταλλεύονται πλήρως το πλεονέκτημα της διεμπλοκής. Η νέα έρευνα δείχνει ότι η ανίχνευση με ενίσχυση διεμπλοκής δεν είναι τόσο απαιτητική όσο θεωρούνταν παλαιότερα. Οι ερευνητές βρίσκονται ήδη σε επαφή με πειραματικές ομάδες παγκοσμίως για την πρακτική επίδειξη του πρωτοκόλλου τους, χρησιμοποιώντας εργαλεία και τεχνογνωσία που καθιστούν την υλοποίηση άμεσα εφικτή.
