خلاصه خبر:
محققان حسگرهای کوانتومی را توسعه داده‌اند که از درهمتنیدگی کوانتومی برای انجام اندازه‌گیری‌های مشابه سفر در زمان استفاده میکنند. با درهمتنیدگی دو کیوبیت، آنها یک مکانیسم «نگاه به گذشته» ایجاد کردند که به آنها اجازه می‌داد تا جهت اندازه‌گیری بهینه را به طور قابل توجهی تنظیم کنند و دقت اندازه‌گیری را افزایش زیادی دهند. این روش بر محدودیت‌های سنتی غلبه میکند که در آن اندازه‌گیری چرخش کیوبیت به دلیل یک میدان مغناطیسی ناشناخته اغلب با شکست مواجه می‌شود. این نوآوری به شدت حساسیت اندازه‌گیری‌های کوانتومی را بهبود می‌بخشد و کاربردهای امیدوارکننده‌ای در تشخیص پدیده‌های نجومی و مطالعه میدان‌های مغناطیسی دارد. این پیشرفت نشان می دهد که چگونه می توان از درهم تنیدگی کوانتومی برای دستیابی به مزیت کوانتومی استفاده کرد و فرصت های جدیدی را برای فناوری های سنجش کوانتومی پیشرفته باز میکند.
توضیحات تکمیلی:
در ترکیبی شگفت‌انگیز از فیزیک کوانتومی و مفاهیم تخیلی که یادآور داستان‌های علمی تخیلی است، محققان حسگرهای کوانتومی را توسعه داده‌اند که اساسا می‌توانند «در زمان سفر کنند» تا دقت اندازه‌گیری‌ها را افزایش دهند. این پیشرفت، که در مقاله‌ای در 27 ژوئن 2024 در Physical Review Letters منتشر شد، توسط کاتر مورچ از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس و با همکاران NIST و دانشگاه کمبریج رهبری شد.
این تیم یک حسگر کوانتومی جدید با استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی برای دور زدن محدودیت‌های اندازه‌گیری سنتی ایجاد کرد. درهم تنیدگی کوانتومی، که توسط انیشتین معروف به عنوان "عمل شبح وار از راه دور" توصیف شده است، به ذرات اجازه می دهد به گونه ای به هم متصل شوند که حالت یکی بدون در نظر گرفتن فاصله، فوراً بر وضعیت دیگری تأثیر می گذارد.
مورچ و همکارانش دو کیوبیت را در حالت تک کوانتومی درهم تنیده میکنند، جایی که اسپین‌های کیوبیت‌ها همیشه مخالف یکدیگر هستند. یک کیوبیت، که "کاوشگر" نامیده می شود، در معرض میدان مغناطیسی قرار می گیرد که باعث چرخش آن می شود. جنبه مبتکرانه روش آنها استفاده از اندازه گیری کیوبیت کمکی (شریک درهم تنیده کاوشگر) برای "ارسال" حالت آن به عقب در زمان است، و به طور موثر به آنها اجازه می دهد تا جهت اندازه گیری بهینه را برای کیوبیت کاوشگر به صورت ماسبق تنظیم کنند. این ویژگی که از آن به عنوان "نگاه به گذشته" (hindsight) یاد می شود، احتمال شکست اندازه گیری را به شدت کاهش می دهد.
در شرایط عادی، اندازه گیری چرخش کیوبیت ناشی از یک میدان مغناطیسی ناشناخته، به دلیل غیرقابل پیش بینی بودن جهت میدان، احتمال خطای بالایی دارد. مکانیسم "نگاه به گذشته" به محققان این امکان را می دهد تا با تنظیم جهت اسپین کیوبیت پس از این واقعیت، این عدم قطعیت را دور بزنند و از اندازه گیری های دقیق تر اطمینان حاصل کنند.
این رویکرد نوآورانه حساسیت اندازه‌گیری‌های کوانتومی را فراتر از آنچه با روش‌های سنتی قابل دستیابی است، افزایش می‌دهد. یافته های این مطالعه پیامدهای قابل توجهی برای زمینه های مختلف از جمله تشخیص پدیده های نجومی و بهبود اندازه گیری میدان های مغناطیسی دارد. همانطور که این فناوری توسعه می یابد، نوید رمزگشایی از برنامه های بالقوه جدید را می دهد و نحوه درک و استفاده از سیستم های کوانتومی را متحول می کند.
منبع
Xingrui Song et al, Agnostic Phase Estimation, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.260801. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2403.00054
