Разработан квантовый алгоритм для рекордно точного измерения магнитных полей — Naked Science
7 минут
ФизТех

Разработан квантовый алгоритм для рекордно точного измерения магнитных полей

4.7

Физики из МФТИ и компании Terra Quantum вместе с коллегами из США и Швейцарии разработали алгоритм, который позволяет проводить высокоточные измерения с помощью искусственных многоуровневых атомов. Такой квантовый сенсор позволяет получить высокую точность при измерении магнитных полей. Он также найдет применение при исследовании мозга и в изучении дальнего космоса.

Сверхпроводящий атом / ©Дарья Сокол / Пресс-служба МФТИ

Статья вышла в журнале Physical Review Research. Квантовые технологии — одни из самых многообещающих технологий будущего. Научное сообщество уже научилось строить квантовые машины, которые превосходят по вычислительной мощности классические суперкомпьютеры. Одна из задач, для решения которых оказывается выгодно использовать квантовые ресурсы, — это повышение точности измерений. Важные открытия нередко делаются благодаря новым высокоточным приборам: телескопы помогают астрономам глубже заглянуть в космос, биологи все точнее видят микромир с помощью новых микроскопов, а археологам нужны масс-спектрометры для определения возраста находок.

В основе процедуры классических измерений лежат фундаментальные принципы, которые не позволяют преодолеть квадратичное уменьшение ошибки измерения с ростом времени измерения. Другими словами, чтобы удвоить точность измерений, нужно проводить их в четыре раза дольше. В то же время квантовый подход позволяет удвоить точность измерений, проводя их в всего в два раза дольше. Может показаться, что это несущественно, но если необходимо повысить точность измерения в тысячу раз, это значит, что классический эксперимент будет идти уже в миллион раз дольше, чем квантовый

Коллектив исследователей из МФТИ и швейцарской компании Terra Quantum разработал новый алгоритм измерения магнитных полей с помощью многоуровневого сверхпроводящего атома. Михаил Перельштейн, научный сотрудник лаборатории физики квантовых информационных технологий МФТИ, аспирант Физтех-школы физики и исследований имени Ландау, говорит: «Ранее наша группа показала, что чувствительность искусственных атомов можно увеличить, если рассмотреть не двухуровневую систему — кубит, а многоуровневую.

Например, сверхпроводящая цепь, которая активно используется в квантовых вычислениях в режиме кубита, может легко использоваться в режиме трехуровневой системы. В этой работе мы впервые предложили алгоритм для измерения магнитных полей с помощью таких многоуровневых систем».

Никита Кирсанов, еще один из авторов работы, научный сотрудник лаборатории физики квантовых информационных технологий МФТИ и также аспирант Физтех-школы физики и исследований им. Ландау, добавляет: «Мы оптимизировали время взаимодействия многоуровневого атома и магнитного поля на каждом шаге алгоритма. Оказалось, что линейное увеличение времени взаимодействия на каждом шаге является оптимальной процедурой. В результате алгоритм так и назвали: — Linear Ascending Metrological Algorithm, или просто LAMA».

Решение оказалось удачным. Сравнение с другими квантовыми алгоритмами показало существенное превосходство метода. Возможных приложений у квантовых магнитометров очень много. Точность, а значит, и скорость измерений особенно важна при работе с чувствительными образцами и живыми тканями. Например, в процессе исследования мозга в кровь пациенту вводятся радиоактивные изотопы, и чем точнее датчик, тем ниже необходимая доза.

Такой квантовый магнитометр можно установить и на спутник, он сможет собирать информацию об астрономических явлениях на расстояниях, которые не под силу классическим приборам. Более того, система из нескольких квантовых магнитометров может работать как сверхчувствительный пространственный детектор. Такие приборы нужны, чтобы делать томографию пациентам, анализировать месторождения руды, изучать структуру биомолекул и неорганических материалов. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Вчера, 19:25
5 минут
Виктория Сафронова

Город Нюва предлагается построить из туннелей в глубине марсианской скалы.

Вчера, 11:54
2 минуты
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили фотографии строящегося первого опытного образца нового легкого самолета ЛМС-901. Поднять машину в небо ранее хотели в конце этого года.

4 часа назад
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Нидерландов выяснили, что тираннозавры, вероятно, передвигались медленнее, чем предполагалось. Скорость их размеренного шага оказалась примерно равна скорости прогуливающегося человека. Зато походка была качающейся и пружинистой.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

15 апреля
13 минут
Василий Парфенов

Новое масштабное журналистское расследование собрало воедино самые вопиющие факты коррупции, махинаций с официальной статистикой и игнорирования пандемии на государственном уровне.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: