Квантовые методы с ИИ повышают чувствительность магнетометра в 6 раз

Исследователи разработали новый метод измерения магнитных полей с использованием квантовой системы и методов машинного обучения.

Они достигли чувствительности, которая в 6 раз выше, чем при использовании традиционных техник.

Использование кубита для измерения магнитных полей с высокой чувствительностью

Исследователи повысили точность измерений магнитных полей, используя когерентность кубита — сверхпроводящего искусственного атома. Это очень маленькое устройство из перекрывающихся алюминиевых полосок на кремниевой подложке — та же техника используется для производства мобильных и компьютерных процессоров.

Когда устройство подвергается очень низким температурам, ток течет через него с почти нулевым сопротивлением, и устройство начинает проявлять свойства квантовой механики, аналогичные свойствам реальных атомов. Фактически, его собственный магнитный момент в 100 000 раз больше, чем у реальных атомов/ионов.

Состояние кубита меняется при облучении микроволновым импульсом. Это изменение зависит от внешнего магнитного поля. Таким образом, чтобы узнать магнитное поле, достаточно измерить атом.

В магнетометре на базе кубита когерентность между двумя состояниями (когерентная суперпозиция квантовых состояний) осциллирует на частоте магнитного поля, проникающего через устройство. Чем выше скорость изменения фазы волновой функции можно измерить, тем выше точность.

Однако этого недостаточно для достижения точности за пределами стандартного квантового предела. Нужно применить еще один трюк — распознавание образов с помощью машинного обучения.

Исследователи применили адаптивный подход. Они выполнили измерение и передали результат алгоритмам машинного обучения. Затем ИИ решил, как изменить управляющий параметр на следующем шаге, чтобы получить наиболее быструю оценку магнитного поля.

Это позволило им достичь чувствительности примерно в 6 раз выше, чем при использовании традиционных техник.

Заключение

Это сочетание использования квантового «железа» и алгоритмов машинного обучения с учителем в контексте квантового 센сирования обещает однокубитные или много-кубитные магнетометры, которые могут обеспечивать точность за пределами пределов современных детекторов магнитных полей.

Обнаружение магнитных полей критически важно во многих областях — от визуализации активности мозга до геологической разведки. Это небольшой шаг к использованию квантово-усиленных методов для сенсорных технологий.