5 апреля
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, 14:37
Николай Цыгикало

Запуск в космос всегда динамичен. Ревущий старт, огромный факел огня, затихающий гром в небе. Первая ступень отработала и отделилась, отработала следующая, эстафета ускорения закончилась достижением орбитальной скорости на нужной высоте. Пуск ракеты завершен, заняв всего восемь – десять минут. Но выведение на этом не заканчивается. В работу вступает особая, космическая ступень. Именно она поднимает орбиту на большую высоту, начинает межпланетное путешествие, и решает много других задач. О ее сложной работе и больших возможностях – в нашем материале.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

3 часа назад
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: