Создана первая в мире сверхвысокоразрешающая сеть распределенных квантовых датчиков

Создание многомодовых состояний N00N с использованием состояний Белла, генерируемых интерферометром Сагнака, и передача сгенерированных запутанных состояний в каждый мод. Оценка среднего значения двух фаз с помощью локальных измерений после фазового кодирования. Автор: Корейский институт науки и технологий (KIST)

Ученые из Корейского института науки и технологий (KIST) продемонстрировали первую в мире сверхвысокоразрешающую сеть распределенных квантовых датчиков. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Команда доктора Хян-Тага Лима применила специальное квантово-запутанное состояние, известное как многомодовое состояние N00N, к распределенным датчикам. Это позволило одновременно повысить как точность, так и разрешение измерений.

В отличие от предыдущих работ, которые в основном полагались на однофотонные запутанные состояния, многомодовое состояние N00N включает несколько фотонов, запутанных по определенным путям, что создает гораздо более плотные интерференционные полосы.

В результате разрешение значительно улучшилось, а самые малые физические изменения теперь можно обнаруживать с высокой чувствительностью. Метод не только приближается к пределу Гейзенберга — максимально достижимому уровню точности в квантовых технологиях, — но и демонстрирует потенциал для применения в сверхразрешающей микроскопии.

Распределение квантовых состояний, сгенерированных центральным узлом, на каждый узел, фазовое кодирование на каждом узле и оценка произвольных линейных комбинаций фаз с помощью локальных измерений. Автор: Корейский институт науки и технологий (KIST)

Исследователи создали двухфотонное многомодовое состояние N00N, запутанное по четырем модам пути, и использовали его для одновременного измерения двух различных фазовых параметров. В результате была достигнута примерно на 88% более высокая точность по сравнению с традиционными методами.

(a) Распределение вероятностей как функция фазового значения, (b) Информация Фишера как функция фазового значения, и (c) средний результат оценки двух фаз. Достигнуто 88% (2.74 дБ) улучшение чувствительности по сравнению с классическим пределом, близко к пределу Гейзенберга. Автор: Корейский институт науки и технологий (KIST)

Достижение имеет широкий потенциал для применения в областях, требующих прецизионных измерений: науки о жизни, полупроводниковая промышленность, прецизионная медицина и космические наблюдения.

«Это достижение знаменует важную веху, демонстрируя потенциал практических сетей квантовых датчиков на основе технологии квантовой запутанности», — сказал доктор Хян-Таг Лим из KIST.

Квантовые сенсоры — одна из наиболее быстро развивающихся областей квантовых технологий. В отличие от квантовых компьютеров, которые требуют сложной коррекции ошибок, квантовые датчики могут найти практическое применение уже в ближайшие годы.