North Carolina Eyalet Üniversitesi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, geliştiricilerin geleneksel sensörlerden daha hassas sensörler oluşturmasına olanak tanıyacak kuantum sensörlerinin gücünden yararlanmak için bir protokol geliştirdi. Bu protokol, ilgilenilen sinyalleri tespit etmek için kuantum sistemlerinde ince ayar yapılmasını mümkün kılar.
“Kuantum algılama, kuantum mekaniği yasasının belirlediği temel sınıra yaklaşan daha güçlü algılama yetenekleri vaat ediyor. Ancak zorluk, bu sensörleri istediğimiz sinyalleri bulacak şekilde yönlendirebilmektir” diyor North Carolina Eyalet Üniversitesi’nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği ile bilgisayar bilimleri yardımcı doçenti ve çalışmanın ortak yazarı Yuan Liu.
“Fikrimiz, elektrik mühendisleri tarafından yaygın olarak kullanılan klasik sinyal işleme filtre tasarım ilkelerinden ilham aldı. Liu şöyle devam etti: “Bu filtre tasarımlarını kuantum sensör sistemlerine genelleştirdik ve bu, aslında sonsuz boyutlu bir kuantum sistemini basit bir iki seviyeli kuantum sistemiyle eşleştirerek ‘ince ayar yapmamıza’ olanak sağladı.” diye devam etti Liu.
Araştırmacılar, bir kübiti (klasik hesaplamadaki bir bitin kuantum analoğu) bir bozonik osilatörle (klasik osilatörlerin kuantum analoğu) birleştiren algoritmik bir yapı geliştirdiler. Qubit’ler yalnızca iki temel durumun süperpozisyonunda olabilir: ? |0〉, ? |1〉, bozonik osilatörler ise sonsuz boyutlu sistemlerdir.
“Sonsuz boyutlu bir sensörün kuantum durumunu değiştirmek karmaşık bir iştir, bu yüzden konuyu basitleştirerek başlıyoruz. Hedeflerimizin sayısını hesaplamaya çalışmak yerine sadece şu karar sorusunu soruyoruz: Hedef X özelliğine sahip mi? Daha sonra bu soruyu yansıtacak bir osilatör manipülasyonu tasarlayabiliriz,” diye açıklıyor Liu.
Sonsuz boyutlu bir sensörü iki boyutlu bir kübite bağlayarak ve bu bağlantıyı manipüle ederek sensör, ilgilenilen sinyale ayarlanabilir. İnterferometri, sonuçları bir kübit durumuna kodlamak için kullanılır ve bu daha sonra okuma için ölçülür.
“Bu bağlantı bize bozonik osilatör üzerinde kontrol sağlıyor, böylece osilatörün dalga fonksiyonunu şekillendirmek için bir polinom fonksiyonu kullanabiliriz, böylece sensörü ilgilenilen hedefe göre ayarlayabiliriz. Sinyal göründüğünde, iki seviyeli sistemde okunabilir bir sonuç olarak döndürülen sonsuz boyutlu sisteme gürültü getiren şekillendirmeyi iptal ederiz – osilatörün ve temeldeki sinyalin orijinal polinom dönüşümü tarafından belirlenen bir polinom fonksiyonu – kübit sistemi. Yani aradığımız şey orada mı sorusuna evet ya da hayır cevabı alıyoruz. Ve en iyi şey, cevaba ulaşmak için kübiti yalnızca bir kez ölçmemiz gerekiyor; bu ‘tek seferlik’ bir ölçüm” diyor Liu.
Araştırmacılar, çalışmalarının çeşitli kuantum sensörleri için kuantum algılama protokollerinin geliştirilmesine yönelik ortak bir temel sağladığına inanıyor.
“Çalışmamız faydalıdır çünkü önde gelen kuantum donanımlarında kolayca bulunabilen kuantum kaynaklarını oldukça basit bir şekilde kullanır. Bu yaklaşım, maliyetli tekrarlanan ölçümler gerektirmeden bir sinyalin mevcut olduğuna dair bir alarm veya gösterge görevi görür. Bu, sonsuz boyutlu bir sistemden yararlı bilgileri verimli bir şekilde çıkarmanın güçlü bir yoludur” diyor Liu.