Специалисты из Московского физико-технического института совместно с компанией Терра Квантум, а также вместе с коллегами из Америки и Швейцарии создали алгоритм, позволяющий делать высокоточные измерения используя многоуровневые атомы, являющиеся искусственными. Такой квантовый сенсор дает возможность добиться высокой точности при измерении магнитных полей. Его, в том числе можно применять при исследовании головного мозга, а еще в изучении космического пространства.
Печатное издание Physical Review Research напечатало материал, в котором дана информация по поводу квантовых технологий. Они являются довольно многообещающими технологиями будущего, специалисты возлагают на них большие надежды. Ученые уже научились создавать квантовые машины, превосходящие мощности вычислений современных компьютеров.
Квантовые машины можно выгодно использовать в решении огромного количества различных задач, одной такой задачей является увеличение точности измерений. Серьёзные открытия довольно часто происходят с помощью новых приборов, которые обладают высокой точностью: телескопы помогают специалистам точнее исследовать космос, генетики активно используют микроскопы, а археологам необходимы масс-спектрометры, чтобы наиболее точно определять возраст артефактов.
Фундаментом процесса классических измерений являются основополагающие принципы, не позволяющие нивелировать квадратичное уменьшение ошибок измерения с ростом времени измерения. Одним словом, для удвоения точности измерений, следует тратить на процесс в четыре раза больше времени. Таким образом, квантовый метод дает возможность удвоить точность измерений, при этом тратя на процесс всего в 2 раза больше времени. На первый взгляд это может выглядеть несущественным, но если есть необходимость увеличить точность измерения в 1000 раз, то обычный эксперимент будет длиться уже в 1.000.000 раз дольше, чем квантовый.
Команда экспертов из МФТИ и компании из Швейцарии Терра Квантум создали новейший алгоритм измерения магнитных полей используя многоуровневый атом, являющийся к тому же и сверхпроводящим. Научный сотрудник лаборатории физики квантовых информационных технологий МФТИ, аспирант Физико-технической школы исследований им. Ландау Михаил Перельштейн отмечает, что до этого команда специалистов показала, что чувствительность искусственных атомов есть вариант повысить, если обратить внимание не на двухуровневую систему под названием кубит, а на многоуровневую.
К примеру, цепь, являющаяся сверхпроводящей и динамично используемая в квантовых расчетах в режиме кубита, может также с легкостью применяться в режиме трёхуровневой системы.
Никита Кирсанов, являющийся одним из соавторов материала, научный сотрудник лаборатории физики квантовых информационных технологий МФТИ и также аспирант Физтех — школы физики и исследований им. Ландау, информирует о том, что команда смогла улучшить время взаимодействия между многоуровневым атомом и магнитным полем на всех этапах алгоритма. Выяснилось, что линейное повышение времени взаимодействия на каждом шаге является оптимальным процессом. В итоге данный алгоритм так и назвали: — Linear Ascending Metrological Algorithm, сокращенно – LAMA
Решение получилось удачным. Сравнение с прочими квантовыми алгоритмами выявило явное преимущество способа. Вероятных приложений у квантовых магнитометров довольно большое количество. Точность, а соответственно, и скорость измерений чрезвычайно важна при работе с чувствительными образцами и живыми тканями. Таким образом, в процессе исследования мозга в кровь пациенту вводятся радиоактивные изотопы, и чем выше точность датчика, тем ниже нужная доза.
Данный квантовый магнитометр возможно зафиксировать на спутник, тогда он будет собирать данные об космических процессах на расстояниях, которые классические приборы не в силах увидеть. Отметим, что система из нескольких квантовых магнитометров может функционировать как сверхчувствительный пространственный прибор. Такие детекторы необходимы, чтобы проводить томографию пациентам, делать анализ месторождения руды, исследовать состав биологических молекул и неорганического сырья.
