Une équipe de l'Université de Sydney a résolu un problème courant dans les dispositifs de détection quantique, qui sont utilisées en imagerie biomédicale et ont des applications de défense.

Les capteurs industriels sont omniprésents dans notre technologie et pour fonctionner correctement, ils doivent être capables d'identifier de minuscules signaux à partir d'un arrière-plan encombré.

Pour la plupart des humains, c'est simple. Entrez dans une pièce bondée et vous pouvez choisir une seule voix tout en ignorant tout le monde. Cette astuce n'est pas si facile pour les capteurs industriels - et le défi devient encore plus difficile pour les dispositifs quantiques super-sensibles.

Maintenant, une équipe dirigée par le professeur Michael J. Biercuk de l'Université de Sydney, en collaboration avec le Dartmouth College et le Johns Hopkins Applied Physics Laboratory aux États-Unis, a développé des techniques de contrôle quantique permettant une nouvelle génération de capteurs ultra-sensibles capables d'identifier de minuscules signaux tout en rejetant le bruit de fond jusqu'aux limites théoriques.

"En appliquant les bons contrôles quantiques à un capteur basé sur qubit, nous pouvons ajuster sa réponse de manière à garantir la meilleure exclusion possible de l'encombrement de l'arrière-plan - c'est-à-dire, les autres voix dans la salle, " a déclaré le professeur Biercuk, chercheur en chef au Centre d'excellence de l'ARC pour les systèmes quantiques d'ingénierie.

Alors que les appareils eux-mêmes se sont améliorés, les protocoles de mesure utilisés pour capturer et interpréter les signaux ont pris du retard. Les capteurs quantiques renvoient donc souvent des résultats flous, ce qui complique l'interprétation des données par un phénomène connu sous le nom de "fuite spectrale" - un peu comme être distrait par les mauvaises voix dans la pièce.

La recherche de l'Université de Sydney, publié mardi dans Communication Nature , démontre des protocoles de contrôle qui aideront à tirer parti du matériel de capteur amélioré.

Les expérimentations, utilisant des ions atomiques piégés, ont réduit les fuites spectrales de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux méthodes conventionnelles. Le professeur Biercuk a déclaré dans certaines circonstances, les méthodes qu'ils ont développées sont jusqu'à 100 millions de fois meilleures pour exclure cet arrière-plan.

Les capteurs quantiques tirent parti de ce qui rend la construction d'ordinateurs quantiques si difficile. Bits quantiques, ou qubits, sont les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques, mais ils sont très susceptibles de perdre leurs propriétés quantiques en raison des interférences de l'environnement. Ce défi peut être renversé et utilisé pour construire des capteurs beaucoup plus réactifs à l'environnement que les technologies classiques.

Le professeur Biercuk a déclaré que les nouveaux protocoles pourraient avoir des applications en médecine, comme l'imagerie à l'intérieur de cellules vivantes à l'aide de nanodiamants. Ils pourraient également être utilisés dans des systèmes de défense et de sécurité utilisant des magnétomètres à amélioration quantique, dispositifs qui mesurent les changements de champs magnétiques pour l'identification et le suivi de cibles.

Il a déclaré:"Notre approche est pertinente pour presque toutes les applications de détection quantique et peut également être appliquée à l'informatique quantique, car elle permet d'identifier les sources d'erreur matérielle. Il s'agit d'une avancée majeure dans la façon dont nous exploitons les capteurs quantiques."

Le professeur Biercuk a récemment lancé une entreprise dérivée financée par du capital-risque à partir des travaux en cours à l'Université de Sydney. Q-Ctrl vise à être le fournisseur de confiance de solutions de contrôle quantique pour toutes les nouvelles technologies quantiques.