Hay límites en cuanto a la precisión con la que puede medir las cosas. Piense en una imagen de rayos X: es probable que sea bastante borrosa y algo que solo un médico experto pueda interpretar correctamente. El contraste entre los diferentes tejidos es bastante pobre pero podría mejorarse por más tiempotiempos de exposición, mayor intensidad, o al tomar varias imágenes y superponerlas, pero existen limitaciones considerables: los humanos pueden exponerse de manera segura solo a una gran cantidad de radiación, y las imágenes requieren tiempo y recursos.
Una regla general bien establecida es el llamado límite cuántico estándar: la precisión de la medición se escala inversamente con la raíz cuadrada de los recursos disponibles. En otras palabras, cuantos más recursos: tiempo, potencia de radiación, número de imágenes, etc. - si tira, más precisa será su medición. Sin embargo, esto solo lo llevará hasta cierto punto: la precisión extrema también significa usar recursos excesivos.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Aalto, ETH Zurich, y el Instituto MIPT y Landau en Moscú han empujado el sobre y han encontrado una manera de medir los campos magnéticos utilizando un sistema cuántico, con una precisión más allá del límite cuántico estándar
La detección de campos magnéticos es importante en una variedad de campos, desde la prospección geológica hasta la formación de imágenes de la actividad cerebral. Los investigadores creen que su trabajo es un primer paso hacia el uso de métodos cuánticos mejorados para la tecnología de sensores.
"Queríamos diseñar una técnica de medición altamente eficiente pero mínimamente invasiva. Imagine, por ejemplo, muestras extremadamente sensibles: tenemos que usar la menor intensidad posible para observar las muestras o reducir el tiempo de medición al mínimo", explicaSorin Paraoanu, líder del grupo de investigación Kvantti en la Universidad de Aalto.
Su artículo, publicado en la revista información cuántica npj muestra cómo mejorar la precisión de las mediciones de campo magnético explotando la coherencia de un átomo artificial superconductor, un qubit. Es un pequeño dispositivo hecho de tiras superpuestas de aluminio evaporadas en un chip de silicio, una tecnología similar a la utilizadapara fabricar los procesadores de teléfonos móviles y computadoras.
Cuando el dispositivo se enfría a una temperatura muy baja, ocurre magia: la corriente eléctrica fluye en él sin resistencia y comienza a mostrar propiedades mecánicas cuánticas similares a las de los átomos reales. Cuando se irradia con un pulso de microondas, no muy diferente dellos de los hornos de microondas domésticos: el estado del átomo artificial cambia. Resulta que este cambio depende del campo magnético externo aplicado: mida el átomo y descubrirá el campo magnético.
Pero para superar el límite cuántico estándar, se tuvo que realizar otro truco utilizando una técnica similar a una rama ampliamente aplicada del aprendizaje automático, el reconocimiento de patrones.
'Utilizamos una técnica adaptativa: primero, realizamos una medición y luego, según el resultado, dejamos que nuestro algoritmo de reconocimiento de patrones decida cómo cambiar un parámetro de control en el siguiente paso para lograr la estimación más rápida decampo magnético '', explica Andrey Lebedev, autor correspondiente de ETH Zurich, ahora en MIPT en Moscú.
'Este es un buen ejemplo de tecnología cuántica en el trabajo: combinando un fenómeno cuántico con una técnica de medición basada en aprendizaje automático supervisado, podemos mejorar la sensibilidad de los detectores de campo magnético a un reino que claramente rompe el límite cuántico estándar'Lebedev dice.
Los investigadores de Aalto reconocen el proyecto QMETRO del Centro de Ingeniería Cuántica y el Centro de Excelencia en Tecnologías Cuánticas de la Academia de Finlandia. La investigación hizo uso de la infraestructura nacional de investigación OtaNano.
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Materiales proporcionado por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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