Uma equipe da Universidade de Sydney resolveu um problema comum em dispositivos de detecção quântica, que são usados ​​em imagens biomédicas e têm aplicações de defesa.

Sensores industriais estão em toda parte em nossa tecnologia e, para funcionar com sucesso, eles devem ser capazes de identificar sinais minúsculos de um fundo desordenado.

Para a maioria dos humanos, isso é simples. Entre em uma sala lotada e você poderá escolher uma única voz enquanto ignora todas as outras. Esse truque não é tão fácil para sensores industriais - e o desafio fica ainda mais difícil para dispositivos quânticos super-sensíveis.

Agora, uma equipe liderada pelo Professor Michael J. Biercuk da Universidade de Sydney, em colaboração com o Dartmouth College e o Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins nos EUA, desenvolveu técnicas de controle quântico que permitem uma nova geração de sensores ultrassensíveis que podem identificar sinais minúsculos enquanto rejeitam o ruído de fundo até os limites teóricos.

"Aplicando os controles quânticos corretos a um sensor baseado em qubit, podemos ajustar sua resposta de uma forma que garanta a melhor exclusão possível da desordem de fundo - ou seja, as outras vozes na sala, "disse o professor Biercuk, um investigador-chefe do Centro de Excelência para Sistemas Quânticos Projetados da ARC.

Embora os próprios dispositivos tenham melhorado, os protocolos de medição usados ​​para capturar e interpretar os sinais ficaram para trás. Sensores quânticos, portanto, muitas vezes retornam resultados nebulosos, o que complica a interpretação dos dados por meio de um fenômeno conhecido como "vazamento espectral" - um pouco como ser distraído por vozes erradas na sala.

A pesquisa da Universidade de Sydney, publicado na terça em Nature Communications , demonstra protocolos de controle que ajudarão a tirar proveito de hardware de sensor aprimorado.

Os experimentos, usando íons atômicos aprisionados, reduziram o vazamento espectral em muitas ordens de magnitude em relação aos métodos convencionais. O professor Biercuk disse em certas circunstâncias, os métodos que desenvolveram são até 100 milhões de vezes melhores na exclusão desse background.

Os sensores quânticos aproveitam exatamente o que torna a construção de computadores quânticos tão difícil. Bits quânticos, ou qubits, são os blocos de construção dos computadores quânticos, mas são altamente propensos a perder suas propriedades quânticas devido à interferência do meio ambiente. Esse desafio pode ser invertido e usado para construir sensores que são muito mais responsivos ao ambiente do que as tecnologias clássicas.

O professor Biercuk disse que os novos protocolos podem ter aplicações na medicina, como imagens dentro de células vivas usando nanodiamantes. Eles também podem ser usados ​​em sistemas de defesa e segurança que usam magnetômetros aprimorados quânticos, dispositivos que medem mudanças em campos magnéticos para identificação e rastreamento de alvos.

Ele disse:"Nossa abordagem é relevante para quase todas as aplicações de sensoriamento quântico e também pode ser aplicada à computação quântica, pois fornece uma maneira de ajudar a identificar fontes de erro de hardware. Este é um grande avanço em como operamos sensores quânticos."

O professor Biercuk lançou recentemente um spin-off apoiado por capital de risco do trabalho que está sendo feito na Universidade de Sydney. Q-Ctrl tem como objetivo ser o fornecedor confiável de soluções de controle quântico para todas as novas tecnologias quânticas.