Исследователи из Университета Южной Калифорнии представили новый метод квантового измерения, который позволяет значительно увеличить точность сенсоров — до 165% по сравнению с традиционными подходами. Эта инновация имеет потенциал произвести революцию в таких областях, как медицина и фундаментальная физика, где критически важна высокая точность в регистрации слабых сигналов. Результаты их работы были опубликованы в журнале Nature Communications.
Квантовые сенсоры обладают уникальной способностью измерять очень малые физические величины — от мозговой активности до аномалий в гравитации — благодаря таким явлениям, как суперпозиция и квантовая когерентность. Однако на их эффективность долгое время негативно влияло явление декогеренции, которое представляет собой «зашумление» квантового состояния из-за воздействия окружающей среды, что снижает качество измерений.
«Представьте, что вы пытаетесь расслышать шепот в шумной комнате — именно с такой задачей сталкиваются квантовые сенсоры», — пояснила аспирантка и соавтор исследования Малидa Хехт.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследовательская команда разработала новый протокол, который стабилизирует квантовую когерентность заранее определённым образом. Это позволило сенсору фиксировать слабые частотные сдвиги с беспрецедентной точностью.
«Наш метод дает возможность измерительному сигналу — изменению квантового состояния — возрастать более эффективно, чем при использовании стандартных подходов», — отметил старший автор исследования Эли Левенсон-Фальк.
Стоит отметить, что новый протокол не требует применения сложных механизмов, таких как обратная связь или дополнительные вычислительные ресурсы, что делает его доступным для использования уже сегодня. Эксперименты подтвердили увеличение эффективности на 165% по сравнению с традиционным методом, а в некоторых теоретических сценариях — даже до 196%.
По мнению Левенсона-Фалька, полученные результаты показывают, что в области квантовых измерений еще есть значительный потенциал для дальнейших улучшений. Новый протокол открывает двери для создания более чувствительных сенсоров и приближает нас к реальному внедрению квантовых технологий в практику.