Физики создали квантовый алгоритм для сверхточного измерения магнитных полей
05 апреля 2021 г.
Физики придумали, как использовать многоуровневые искусственные атомы для очень точного измерения напряженности и других свойств магнитных полей. Описание методики опубликовал научный журнал Physical Review Research, кратко об этом пишет пресс-служба МФТИ.
"Ранее мы показали, что чувствительность искусственных атомов к магнитным полям можно увеличить, если рассмотреть их как многоуровневую, а не двухуровневую систему. В этой работе мы впервые предложили алгоритм для измерения магнитных полей с помощью таких многоуровневых систем", – рассказал один из авторов работы, научный сотрудник МФТИ Михаил Перельштейн.
Физики уже неоднократно создавали квантовые конструкции, которые ведут себя как искусственные аналоги реальных атомов. Они могут находиться в основном и возбужденном состоянии, излучать и поглощать фотоны, а также реагировать на внешние магнитные поля и участвовать в различных процессах, в которых могут быть задействованы реальные элементы из таблицы Менделеева.
В частности, подобным образом устроены многие сверхпроводниковые кубиты – ячейки памяти и простейшие исполнительные блоки квантовых компьютеров. Они взаимодействуют с микроволновым излучением и магнитными полями так же, как это делал бы атом водорода, что значительно упрощает контроль над их поведением.
Перельштейн и его коллеги нашли новое применение для подобных искусственных атомов. В ходе новой работы они изучали, как количество существующих в них энергетических уровней влияло на чувствительность подобных квантовых конструкций к магнитным полям.
В прошлом подобные измерения проводились с помощью кубитов, у которых был один энергетический уровень. Однако расчеты ученых показали, что количество этих уровней можно легко расширить для уже существующих кубитов. Это значительно увеличит их чувствительность к магнитным полям.
Руководствуясь этой идеей, физики создали алгоритм, с помощью которого подобные измерения можно проводить с помощью искусственных атомов с двумя энергетическими уровнями. Для этого ученые просчитали, как будет меняться состояние каждого из них при взаимодействии с магнитным полем.
В результате оказалось, что качество измерений свойств поля можно значительно улучшить, если постепенно увеличивать время воздействия поля на искусственный атом при каждом последующем шаге измерений. Этот алгоритм, по словам ученых, отличается простотой выполнения и при этом работает в ситуациях, гдебщепринятые методы измерений силы и свойств магнитных полей с помощью кубитов не функционируют.
Подобный подход, как считают исследователи, будет особенно полезен при разработке сверхчувствительных датчиков магнитных полей, применяемых в медицине и устанавливаемых на борт межпланетных станций и орбитальных зондов.
Читать подробнее: Physical Review Research
Источник: ТАСС