Un equipo de la Universidad de Sydney ha resuelto un problema común en los dispositivos de detección cuántica, que se utilizan en imágenes biomédicas y tienen aplicaciones de defensa.

Los sensores industriales están en todas partes en nuestra tecnología y, para que funcionen con éxito, deben ser capaces de identificar pequeñas señales de un fondo desordenado.

Para la mayoría de los humanos, esto es simple. Entra en una habitación llena de gente y puedes distinguir una sola voz mientras ignoras a los demás. Ese truco no es tan fácil para los sensores industriales, y el desafío se vuelve aún más difícil para los dispositivos cuánticos súper sensibles.

Ahora, un equipo dirigido por el profesor Michael J. Biercuk de la Universidad de Sydney, en colaboración con Dartmouth College y Johns Hopkins Applied Physics Laboratory en los EE. UU., ha desarrollado técnicas de control cuántico que permiten una nueva generación de sensores ultrasensibles que pueden identificar señales diminutas mientras rechazan el ruido de fondo hasta límites teóricos.

"Al aplicar los controles cuánticos adecuados a un sensor basado en qubit, podemos ajustar su respuesta de una manera que garantice la mejor exclusión posible del desorden de fondo, es decir, las otras voces en la habitación, "dijo el profesor Biercuk, investigador jefe del Centro de excelencia ARC para sistemas cuánticos de ingeniería.

Si bien los dispositivos en sí han mejorado, los protocolos de medición utilizados para capturar e interpretar las señales se han quedado atrás. Por lo tanto, los sensores cuánticos a menudo arrojan resultados difusos, lo que complica la interpretación de los datos a través de un fenómeno conocido como "fuga espectral", un poco como distraerse con las voces equivocadas en la habitación.

La investigación de la Universidad de Sydney, publicado el martes en Comunicaciones de la naturaleza , demuestra protocolos de control que ayudarán a aprovechar el hardware de sensor mejorado.

Los experimentos usando iones atómicos atrapados, han reducido la fuga espectral en muchos órdenes de magnitud con respecto a los métodos convencionales. El profesor Biercuk dijo en ciertas circunstancias, los métodos que han desarrollado son hasta 100 millones de veces mejores para excluir este fondo.

Los sensores cuánticos aprovechan precisamente lo que dificulta la construcción de computadoras cuánticas. Bits cuánticos, o qubits, son los componentes básicos de las computadoras cuánticas, pero son muy propensas a perder sus propiedades cuánticas debido a la interferencia del entorno. Este desafío puede invertirse y utilizarse para construir sensores que respondan mucho más al medio ambiente que las tecnologías clásicas.

El profesor Biercuk dijo que los nuevos protocolos podrían tener aplicaciones en medicina, como la obtención de imágenes dentro de las células vivas utilizando nanodiamantes. También podrían usarse en sistemas de defensa y seguridad que usan magnetómetros cuánticos mejorados, dispositivos que miden cambios en los campos magnéticos para la identificación y seguimiento de objetivos.

Dijo:"Nuestro enfoque es relevante para casi cualquier aplicación de detección cuántica y también se puede aplicar a la computación cuántica, ya que proporciona una forma de ayudar a identificar las fuentes de errores de hardware. Este es un avance importante en la forma en que operamos los sensores cuánticos".

El profesor Biercuk ha lanzado recientemente una escisión respaldada por capital de riesgo del trabajo que se realiza en la Universidad de Sydney. Q-Ctrl tiene como objetivo ser el proveedor confiable de soluciones de control cuántico para todas las nuevas tecnologías cuánticas.