Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, acompañado por un colega del Laboratorio Nacional Argonne, NOSOTROS., han implementado un algoritmo cuántico avanzado para medir cantidades físicas utilizando herramientas ópticas simples. Publicado en Informes científicos , su estudio nos acerca un paso más a sensores asequibles basados ​​en óptica lineal con características de alto rendimiento. Estas herramientas son buscadas en diversos campos de investigación, de la astronomía a la biología.

Maximizar la sensibilidad de las herramientas de medición es crucial para cualquier campo de la ciencia y la tecnología. Los astrónomos buscan detectar fenómenos cósmicos remotos, Los biólogos necesitan discernir estructuras orgánicas extremadamente pequeñas, y los ingenieros tienen que medir las posiciones y velocidades de los objetos, por nombrar algunos ejemplos.

Hasta hace poco, ninguna herramienta de medición podría garantizar una precisión por encima del llamado límite de ruido de disparo, que tiene que ver con las características estadísticas inherentes a las observaciones clásicas. La tecnología cuántica ha proporcionado una forma de evitar esto, aumentar la precisión hasta el límite fundamental de Heisenberg, derivado de los principios básicos de la mecánica cuántica. El experimento LIGO, que detectó ondas gravitacionales por primera vez en 2016, muestra que es posible lograr una sensibilidad limitada por Heisenberg combinando complejos esquemas de interferencia óptica y técnicas cuánticas.

La metrología cuántica es un área de vanguardia de la física que se ocupa de las herramientas tecnológicas y algorítmicas para realizar mediciones cuánticas de alta precisión. En su estudio reciente, el equipo de MIPT y ANL fusionó la metrología cuántica con la óptica lineal.

"Diseñamos y construimos un esquema óptico que ejecuta el procedimiento de estimación de fase basado en la transformada de Fourier, ", dijo el coautor del estudio Nikita Kirsanov de MIPT." Este procedimiento se encuentra en el núcleo de muchos algoritmos cuánticos, incluidos los protocolos de medición de alta precisión ".

Una disposición específica de una gran cantidad de elementos ópticos lineales:divisores de haz, cambiadores de fase, y espejos:permite obtener información sobre los ángulos geométricos, posiciones, velocidades, así como otros parámetros de los objetos físicos. La medida implica codificar la cantidad de interés en las fases ópticas, que luego se determinan directamente.

"Esta investigación es un seguimiento de nuestro trabajo sobre algoritmos de medición cuántica universales, "comentó el investigador principal Gordey Lesovik, quien dirige el Laboratorio MIPT de Física de la Tecnología de la Información Cuántica. "En una colaboración anterior con un grupo de investigación de la Universidad Aalto en Finlandia, implementamos experimentalmente un algoritmo de medición similar en qubits transmon ".

El experimento mostró que a pesar de la gran cantidad de elementos ópticos en el esquema, sin embargo, es sintonizable y controlable. De acuerdo con las estimaciones teóricas proporcionadas en el documento, las herramientas de óptica lineal son viables para implementar incluso operaciones que son considerablemente más complejas.

"El estudio ha demostrado que la óptica lineal ofrece una plataforma asequible y eficaz para implementar mediciones y cálculos cuánticos de escala moderada, "dijo Valerii Vinokur, miembro distinguido de Argonne.