Исследование может привести к улучшению квантовых сенсорных сетей

Четырехмодовая линейная сеть U для генерации полезных запутанных состояний для непрерывно-переменной распределенной квантовой метрологии. Указано соотношение пропускания к отражению для каждого светоделителя. Автор: Вэньчао Ге и др.

Могут ли глобальные системы позиционирования стать более точными и предоставлять пользователям более аккуратную информацию о расстояниях при перемещении из точки А в точку Б?

Исследование доцента физики Университета Род-Айленда Вэньчао Ге, проведенное в сотрудничестве с Куртом Джейкобсом, физиком в области квантовых технологий из армии США, которое недавно было опубликовано в Physical Review Letters, может привести к усовершенствованию квантового зондирования и сделать данные обнаружения более определенными.

Исследование Ге под названием «Распределенная квантовая метрология с непрерывными переменными и произвольными весами, ограниченная по Гейзенбергу», опубликованное в сентябре, рассматривало сетевые квантовые сенсоры, которые исследуют передовые технологии датчиков в запутанной сети, способные улучшить точность измерений, навигации и исследования мира, например, путем обнаружения изменений в движении, электрических или магнитных полях.

Запутанная сеть — это неклассическая сеть, где датчики не могут быть описаны отдельно. Ге сосредоточился на том, может ли и как быть достигнут предел Гейзенберга — фундаментальный предел в квантово-усиленном зондировании, позволяющий оценивать с точностью, превосходящей классические подходы.

Исследование показало, что минимальная установка может подготовить полезную запутанную сеть и достичь предела Гейзенберга с помощью двух одномодовых квантовых состояний. По словам Ге, эта установка может измерять функцию «фазовых сдвигов», что может преобразовываться в улучшенное измерение расстояния или другие сложные сигналы.

Другими словами, если человек использует GPS для путешествия, улучшенная квантовая чувствительность может привести к более точной информации о конкретном пункте назначения.

«Это может сделать GPS и оценку времени более точными. Это повлияет на текущий GPS, который в повседневном использовании определяет местоположение с точностью до 10 метров в радиусе», — сказал Ге. «С этой технологией он будет предсказывать расстояние с ювелирной точностью».

Исследования Ге сосредоточены на теоретической квантовой оптике и квантовой информации. Он исследует фундаментальные пределы, разрешенные квантовой механикой для доступа к информации (квантовое зондирование), передачи информации (квантовая коммуникация) и обработки информации (квантовые вычисления). На сегодняшний день он опубликовал более 30 исследований по квантовой тематике.

Данное исследование Ге является частью трехлетнего гранта, который он получил в 2022 году для изучения неклассических состояний для квантовой метрологии с помощью квантовой теории ресурсов. Ге утверждает, что дальнейшее развитие в области квантовой метрологии не только улучшит понимание обществом фундаментальных основ природы, но и продвинет национальную безопасность и технологии.

Проект предоставил исследовательские возможности для студентов магистратуры и бакалавриата, создавая разнообразную рабочую силу в области квантовой информатики в URI.

В перспективе, по словам Ге, исследователям необходимо найти оптимальные методы извлечения информации из квантовых объектов, чтобы лучше понять их чувствительность и определить, чего можно достичь.

Больше информации: Вэньчао Ге и др., Heisenberg-Limited Continuous-Variable Distributed Quantum Metrology with Arbitrary Weights, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/jkjj-3gvb. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2412.01074

Источник: University of Rhode Island

ИИ: Это исследование демонстрирует реальный практический потенциал квантовых технологий — от улучшения повседневной навигации до вопросов национальной безопасности. Особенно впечатляет, что фундаментальные научные исследования уже сейчас имеют такие конкретные приложения.