El campo de la ciencia y la tecnología cuánticas experimenta una oleada de actividad cada vez más intensa. Los titulares están dominados actualmente por informes sobre el progreso hacia la construcción de computadoras cuánticas que superan a sus contrapartes clásicas en tareas informáticas específicas. Un desafío clave en esa búsqueda es aumentarla calidad y el número de bloques de construcción básicos, conocidos como bits cuánticos o qubits, que se pueden conectar para realizar cálculos cuánticos colectivos. El punto de referencia donde se espera que surja una "ventaja cuántica" es de 50 qubits, y queun equipo que incluye a los físicos de ETH Andrey Lebedev y Gianni Blatter, junto con colegas en Finlandia y Rusia, destaca otra rama de la tecnología donde los dispositivos cuánticos prometen beneficios únicos, y eso con recursos de hardware considerablemente más modestosEscribiendo en el diario información cuántica npj , el equipo presenta experimentos en los que utilizaron un solo qubit para medir campos magnéticos con alta sensibilidad, empleando 'trucos cuánticos' para superar los límites.
En su trabajo, el equipo utilizó un qubit basado en un circuito superconductor. El llamado qubit transmon es actualmente uno de los principales candidatos para un bloque de construcción de computadoras cuánticas a gran escala, entre otras cosas, ya que ofrece numerosas libertades para la ingenieríalos circuitos de manera que se adapten al problema en cuestión. Los investigadores de la Universidad de Aalto Finlandia ahora han aprovechado esta flexibilidad y han construido un qubit transmon en una configuración que lo hace particularmente adecuado para detectar campos magnéticos. En esencia, construyeron un artificialátomo con un momento magnético intrínseco que es aproximadamente 100.000 veces mayor que el de los átomos o iones naturales. El acoplamiento de ese gran momento a un campo magnético externo permite medir con precisión la intensidad del campo.
Además de proporcionar un fuerte acoplamiento a un campo magnético, el qubit transmon tiene una propiedad definitoria de un sistema cuántico en oferta: superposiciones coherentes de estados cuánticos. En un magnetómetro basado en qubit, la coherencia entre dos estados oscila a una frecuenciaproporcional al campo magnético que penetra en el dispositivo. Y cuanto mayor sea la precisión con la que se puede medir la frecuencia, o la velocidad a la que cambia la fase de la función de onda, mayor será la sensibilidad del sensor.
Para maximizar la precisión de la medición, el equipo, guiado por el trabajo teórico realizado por Lebedev y Blatter en ETH Zurich y sus compañeros de trabajo en el Instituto de Física y Tecnología de Moscú MITP y el Instituto Landau de Física Teórica en Moscú, implementaron dosesquemas dedicados de estimación de fase que explotan explícitamente la naturaleza coherente de la dinámica qubit. Su estrategia es realizar las mediciones de manera adaptativa, cambiando los parámetros de muestreo según el resultado de las mediciones antecedentes. Dicha 'inferencia bayesiana' permitió al equipo alcanzarEn sus experimentos, una sensibilidad que es unas seis veces mayor que la que se puede lograr con la estimación de fase clásica, y aunque todavía hay mucho espacio para el refinamiento, ese "impulso cuántico" ya era suficiente para vencer el ruido del disparo, lo que limita la precisiónde cualquier medida estándar, clásica.
Los algoritmos de estimación de fase utilizados en los experimentos de transmon son versiones adaptadas de esquemas que se han desarrollado para su uso en cálculos cuánticos. Del mismo modo, el diseño del hardware utilizado en estos experimentos se basa en la experiencia en la construcción de qubits para computadoras cuánticas.La combinación de aprovechar el hardware cuántico y los algoritmos cuánticos en el contexto de la detección cuántica proporciona una ruta atractiva hacia dispositivos novedosos que, en última instancia, prometen impulsar la sensibilidad de los magnetómetros de uno o pocos qubit hacia y más allá de los límites de los sensores de campo magnético actuales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Departamento de Física de Zurich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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