Квантовая запутанность позволила создать многозадачный сенсор нового типа

Исследователи из Массачусетского технологического института создали метод, позволяющий твердотельному квантовому датчику измерять сразу несколько физических величин, что ранее было невозможно из-за смешивания сигналов. Квантовые сенсоры используют такие свойства, как запутанность и спиновые состояния, для измерения магнитных и электрических полей, температуры и других параметров с недостижимой для классических датчиков точностью. Твердотельные сенсоры, работающие при комнатной температуре, особенно перспективны, но их главным недостатком была невозможность одновременного измерения, например, магнитного поля и температуры материала.

Ученые MIT преодолели это ограничение, применив квантовую запутанность, и продемонстрировали свой подход на широко используемом датчике на основе NV-центров (азотно-вакансионных центров) в алмазе. За одно измерение они определили амплитуду, частоту и фазу микроволнового поля, показав, что их метод работает эффективнее последовательного измерения каждого свойства. В эксперименте использовались два спина как два кубита: электронный спин NV-центра и спин атома азота. Запутывание этих спинов позволило с помощью техники измерения по состоянию Белла одновременно измерить три параметра при комнатной температуре, тогда как ранее такие измерения проводились только при экстремально низких температурах.

Разработанный подход можно применять для измерения не только микроволновых полей, но и температуры, давления, электрических полей и деформации. Это особенно важно для биологических исследований и физики конденсированного состояния, поскольку датчики на основе NV-центров работают при комнатной температуре и обладают высоким пространственным разрешением. В будущем исследователи планируют повысить точность измерения каждого параметра и изучить работу метода в неоднородных материалах, где способность измерять несколько величин одновременно дает решающее преимущество.