Исследователи из Университета Южной Калифорнии разработали инновационный метод квантового измерения, который позволяет значительно повысить точность сенсоров — на 165% по сравнению с традиционными методами. Эта технология имеет потенциал стать революционной в таких сферах, как медицина, фундаментальная физика и других областях, где крайне важна сверхточная регистрация слабых сигналов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Квантовые сенсоры могут измерять неуловимые физические величины — от активности мозга до гравитационных аномалий — благодаря явлениям суперпозиции и квантовой когерентности. Однако их эффективность долгое время ограничивалась декогеренцией, то есть «зашумлением» квантового состояния из-за воздействия окружающей среды, что снижает точность измерений.
«Представьте, что вы пытаетесь расслышать шепот в шумной комнате — именно с этой задачей справляются квантовые сенсоры», — прокомментировала Малидa Хехт, аспирантка и соавтор исследования.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская команда разработала новый протокол, который стабилизирует квантовую когерентность определенным образом. Это позволило сенсору точно фиксировать слабые частотные сдвиги с ранее недостижимой точностью.
«Наш метод позволяет измерительному сигналу — изменению квантового состояния — нарастать сильнее, чем это возможно с традиционными подходами», — отметил Эли Левенсон-Фальк, старший автор работы.
Важно подчеркнуть, что новый протокол не требует сложных механизмов, таких как обратная связь или дополнительных вычислительных ресурсов, что делает его доступным для применения уже в настоящее время. Экспериментальные данные показали увеличение эффективности на 165% по сравнению с классическими методами, а в теоретических сценариях — до 196%.
По словам Левенсона-Фалька, полученные результаты подтверждают, что в области квантовых измерений существует значительный потенциал для дальнейших улучшений. Новый протокол открывает возможности для создания более чувствительных сенсоров и приближает нас к практическому использованию квантовых технологий.
Недавно японский ученый также разрешил 30-летнюю загадку «диссонанса» черных дыр.