MIT采用新的空间噪声滤波法实现超灵敏量子传感器

作者:beplay官方网站  时间:2020-11-19  浏览量:6721

beplay官方网站_据麦姆斯咨询报导,麻省理工学院(MIT)跨学科量子工程组(QEG)博士生DavidLayden使用了一种新的空间噪声滤波方法,可以增进超强灵敏量子传感器的发展。麻省理工学院跨学科量子工程组(QEG)博士生DavidLayden虽然量子技术在计算出来应用于中具备相当大的长年潜力,但它们在传感应用于方面更加相似于实际,由于需要测量与光子、粒子和神经元一样微小的结构,量子技术将在计量学、生物学、神经科学等许多其他领域修筑新的应用于前景。麻省理工学院跨学科量子工程组(QEG)的新研究于是以着力于解决问题量子传感器系统面对的基本挑战之一:从被测信号中除去环境噪声。

根据QEG博士生DavidLayden的说明,问题的根源在于量子传感器对周围环境的极端敏感性。这些传感器一般来说基于量子两种有所不同状态的变换效应。

微小的外力作用可引发两种状态之间的振幅变化,可以利用此变化来展开温度、运动、电场和磁场等物理量的测量,且测量精度可超过前所未有的分辨率。但是如此低的灵敏度意味著传感器除了感兴趣的信号之外,还不会将许多牵涉到的环境噪声悉数掉落。

通过一种被称作弃相干性的过程,这种噪声不会给量子传感器的振幅关系带给不确定性,并容许了它们展开精确测量的能力。于是一些减震技术被研发出来,借以通过增加弃相干性来提升灵敏度。其中一种少见的技术是动态去耦——将一系列掌控脉冲引进系统中,根据频率来过滤器信号中的噪声。

但是,这种技术与DC信号不相容,而一般来说传感器测量的信号正是DC信号。在过去的几十年中,对量子计算出来的研究也减少了数据流方案,如用于校验量子比特。虽然这些在信息处理应用于中很有效地,但它们对传感器却有相当大的局限性。

“计算出来领域的标准在这里有点矫枉过正,”Layden说道,“它的确十分擅长于纠正错误并减少噪音,但它往往还缺失了长时间信号,因为它无法区分这两者。”最近,在研制出的误差校正量子传感(ECQS)技术中,一种复原操作者可有效地除去与信号有所不同方向的影响传感器的噪声——比如噪声沿着x轴而信号沿着z轴时。然而,这些基于几何的技术想区分来自完全相同方向的影响传感器的噪声和信号很艰难,而这类情况更加少见。

在最近公开发表在npjQuantumInformation(量子信息)杂志上的一篇论文中,Layden和PaolaCappellaro(Esther和HaroldE.Edgerton核科学与工程副教授和QEG领导人),说明了了一种新的方法,将已创建的ECQS校正技术应用于从同一个方向收到的信号和噪声。该方法需要构建与频率牵涉到的滤波,因为它利用了空间而非时间的噪声相关性。“对量子计算出来而言,一般来说的错误缺失方法就是尽量甚广的撒网以尽量多的缺失,”Layden说道,“在传感应用于中,您必须十分细心地在网络中构成必要范围的孔,以便通过您正在找寻的特定信号。实质上,我们正在调整现有的信号处理技术以用作量子器件。

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令人吃惊的是,这些表面上看起来牵涉到的量子计算出来和信号处理的理念竟然可以无缝融合在一起。”作为量子传感器减震技术的核心拒绝,区分信号与噪声可以通过多种方式已完成。除了过去的ECQS技术中用于的几何方法之外,研究人员还充分利用了一个事实,即许多量子器件中的噪声并非几乎不能预测,而是充满著了相关性。

例如,动态去耦就利用了在有所不同时间的噪声相关性。类似于地,QEG研究人员的新ECQS方案利用了量子传感器在有所不同方位的噪声相关性。通过这种方式,即使两者都在完全相同方向(例如沿z轴)的少见情况下,新方法也可以从噪声中辨别出有信号。Layden和Cappellaro的方法是对现有DD和ECQS方法的补足,这是简单的,因为噪声源在有所不同的传感应用于中变化很大。

多样化符合有所不同市场需求的滤波工具,以及新方法还为量子传感器切断了新的应用于之门,可以构建校正仅有三维空间的噪声。虽然迄今为止的发展主要是理论上的,但QEG实验室的实验研究正在展开,还包括评估有所不同类型量子系统面对的噪声挑战。

“我们仍然致力于研发类似于的研究,”Layden说明道,“小规模实行最近刚构建;虽然关于大规模量子器件如何运作有许多理论观点,但或许任何实际的进展近期都不能超过中等规模,新的研发的QEG技术可能会证明尤其简单。”Layden和Cappellaro还与来自耶鲁大学的合作者协作,联合前进他们项目的理论研究。

项目资金由美国陆军研究室、国家科学基金会和加拿大自然科学与工程研究委员会获取。“我们还没超过取得实验结果的阶段,但我们正在建构硬件并大大地展开仿真,往返的重复和相互作用不仅使这个项目成型,还影响了几个涉及项目。

”Layden补足道。。

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