La technologie des capteurs quantiques promet des mesures encore plus précises des grandeurs physiques. Une équipe dirigée par Christian Roos de l'Université d'Innsbruck a comparé les signaux de jusqu'à 91 capteurs quantiques entre eux et a ainsi réussi à éliminer le bruit provoqué par les interactions avec l'environnement.
Les systèmes quantiques utilisés dans les technologies quantiques sont également très sensibles :toute interaction avec l'environnement peut induire des modifications dans le système quantique, conduisant à des erreurs. Cependant, cette remarquable sensibilité des systèmes quantiques aux facteurs environnementaux représente en réalité un avantage unique. Cette sensibilité permet aux capteurs quantiques de surpasser les capteurs conventionnels en termes de précision, par exemple lors de la mesure de champs magnétiques ou gravitationnels.
Les propriétés quantiques délicates nécessaires à la détection peuvent être masquées par du bruit :des interactions rapides entre le capteur et l'environnement qui perturbent les informations contenues dans le capteur, rendant le signal quantique illisible. Dans un nouvel article publié dans Physical Review X , des physiciens dirigés par Christian Roos du Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck, en collaboration avec des partenaires en Israël et aux États-Unis, présentent une méthode permettant de rendre ces informations à nouveau accessibles en utilisant la « spectroscopie de corrélation ».
"Ici, l'idée clé est que nous n'utilisons pas seulement un seul capteur, mais un réseau allant jusqu'à 91 capteurs, chacun constitué d'un seul atome", explique Helene Hainzer, première auteure de l'article. "Étant donné que le bruit affecte tous les capteurs de la même manière, l'analyse des changements simultanés dans les états de tous les capteurs nous permet de soustraire efficacement le bruit ambiant et de reconstruire les informations souhaitées.
"Cela nous permet de mesurer avec précision les variations du champ magnétique dans l'environnement, ainsi que de déterminer la distance entre les capteurs quantiques." Au-delà de cela, la méthode est applicable à d'autres tâches de détection et au sein de diverses plates-formes expérimentales, reflétant sa polyvalence.
Bien que la spectroscopie de corrélation ait déjà été démontrée avec deux horloges atomiques, permettant une précision supérieure dans la mesure du temps, "nos travaux marquent la première application de cette méthode sur un si grand nombre d'atomes", explique Roos. "Afin d'établir un contrôle expérimental sur autant d'atomes, nous avons construit une toute nouvelle configuration expérimentale sur plusieurs années."
Dans leur publication, les scientifiques d'Innsbruck montrent que la précision des mesures des capteurs augmente avec le nombre de particules dans le réseau de capteurs. Notamment, l'intrication (utilisée classiquement pour améliorer la précision des capteurs quantiques mais difficile à créer en laboratoire) ne parvient pas à offrir un avantage par rapport au réseau multi-capteurs.
Plus d'informations : H. Hainzer et al, Spectroscopie de corrélation avec estimation de phase améliorée par multiqubits, Physical Review X (2024). DOI :10.1103/PhysRevX.14.011033
Informations sur le journal : Examen physique X
Fourni par l'Université d'Innsbruck
