Ученые создали квантовый сенсор, устойчивый к шуму

Исследователи из Инсбрукского университета впервые экспериментально продемонстрировали, что квантовые сенсоры могут сохранять высокую точность даже в условиях чрезвычайно сильных помех. Новая методика превосходит все классические аналоги даже при подавляющем уровне шума.

Экспериментальная демонстрация сенсоров на захваченных ионах. Автор: Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/3hgx-wcdn

Квантовые сенсоры обещают беспрецедентную точность измерений, но их преимущество быстро теряется в реалистичных условиях, где доминируют помехи. Группа под руководством Бена Ланьона из Инсбрукского университета показала, как преодолеть это препятствие с помощью особой квантовой подготовки.

Экспериментальные результаты

Используя три иона кальция, удерживаемых электрическими полями, команда создала специальный тип квантовой запутанности. Она позволяет сенсорам «игнорировать» нежелательные помехи. Даже когда исследователи вводили быстро меняющийся магнитный шум, достаточно сильный, чтобы вывести из строя все стандартные методы, запутанные сенсоры оставались точными.

«Даже в условиях шума, которые подавляют стандартные методы, наш протокол на запутанных сенсорах продолжает работать на теоретическом оптимуме», — говорит ведущий экспериментатор Джеймс Бейт.

Метод, недавно предложенный группой Вольфганга Дюра из того же университета, использует запутанные состояния, которые одновременно максимально чувствительны к целевому полю и невосприимчивы к шуму с другим пространственным профилем.

«Один из самых убедительных аспектов этого метода в том, что он требует гораздо меньше ресурсов, чем квантовые коды коррекции ошибок, но может достичь эквивалентной оптимальности для этого класса задач», — объясняет Вольфганг Дюр.

Будущее применение

Помимо демонстрации принципа с тремя ионами, авторы теоретически показывают, что квантовое преимущество растет экспоненциально с увеличением сложности измеряемого поля. Поскольку протокол полагается только на относительное положение сенсоров и возможность создания многокомпонентной запутанности, его можно легко масштабировать для будущих сетей квантовых сенсоров.

«Этот эксперимент показывает, что запутанность дает практическое и надежное преимущество в реальных сценариях измерений», — говорит Бен Ланьон.

Эти результаты подчеркивают потенциал для создания сетей квантовых сенсоров, способных работать в разных лабораториях, городах или даже на разных континентах. Такие системы в будущем смогут отслеживать изменения окружающей среды, искать новые физические явления или значительно улучшать технологии, зависящие от сверхточных измерений.

Больше информации: J. Bate et al, Experimental Distributed Quantum Sensing in a Noisy Environment, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/3hgx-wcdn