Les systèmes quantiques utilisés dans les technologies quantiques comme les atomes individuels, sont extrêmement sensibles. Toute interaction avec l’environnement peut provoquer des changements dans le système quantique, entraînant des erreurs. La sensibilité exceptionnelle des systèmes quantiques aux facteurs environnementaux représente un avantage unique. Elle permet aux capteurs quantiques de surpasser les capteurs conventionnels en précision, par exemple lors de la mesure de champs magnétiques ou gravitationnels.
L’annulation du bruit grâce à la spectroscopie de corrélation
Les propriétés quantiques délicates nécessaires à la détection peuvent être masquées par le bruit – des interactions rapides entre le capteur et l’environnement qui perturbent les informations au sein du capteur, rendant le signal quantique illisible.
Dans un nouvel article, 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 pour rendre ces informations à nouveau accessibles en utilisant la « spectroscopie de corrélation ».
« L’idée clé ici est que nous n’utilisons pas seulement un seul capteur, mais un réseau de jusqu’à 91 capteurs, chacun composé 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 d’éliminer efficacement le bruit environnemental 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 diverses autres tâches de détection et au sein de diverses plateformes expérimentales, reflétant sa polyvalence.
La précision augmente avec le nombre de capteurs
Bien que la spectroscopie de corrélation ait été démontrée précédemment avec deux horloges atomiques, permettant une précision supérieure dans la mesure du temps, « notre travail marque la première application de cette méthode sur un si grand nombre d’atomes« , souligne Christian Roos, lauréat du prix ERC. « Afin d’établir un contrôle expérimental sur autant d’atomes, nous avons construit un tout nouveau dispositif expérimental au cours de plusieurs années. »
Dans leur publication, les scientifiques d’Innsbruck montrent que la précision des mesures du capteur augmente avec le nombre de particules dans le réseau de capteurs. Notamment, l’enchevêtrement – conventionnellement utilisé pour améliorer la précision des capteurs quantiques mais difficile à créer en laboratoire – ne parvient pas à fournir un avantage par rapport au réseau de capteurs multiples.
En synthèse
La spectroscopie de corrélation représente une avancée significative dans le domaine des capteurs quantiques. En utilisant un réseau de capteurs plutôt qu’un seul, les scientifiques peuvent éliminer le bruit environnemental et améliorer la précision des mesures. Cette méthode, démontrée sur un grand nombre d’atomes, ouvre de nouvelles perspectives pour diverses tâches de détection et diverses plateformes expérimentales.
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Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la spectroscopie de corrélation ?
La spectroscopie de corrélation est une méthode qui utilise un réseau de capteurs pour éliminer le bruit environnemental et améliorer la précision des mesures.
Comment fonctionne la spectroscopie de corrélation ?
La spectroscopie de corrélation fonctionne en analysant les changements simultanés dans les états de tous les capteurs d’un réseau. Cela permet d’éliminer efficacement le bruit environnemental et de reconstruire les informations souhaitées.
Quels sont les avantages de la spectroscopie de corrélation ?
La spectroscopie de corrélation permet d’améliorer la précision des mesures des capteurs quantiques et de mesurer avec précision les variations du champ magnétique dans l’environnement, ainsi que de déterminer la distance entre les capteurs quantiques.
Quelle est la différence entre la spectroscopie de corrélation et l’enchevêtrement ?
L’enchevêtrement est conventionnellement utilisé pour améliorer la précision des capteurs quantiques, mais il est difficile à créer en laboratoire. La spectroscopie de corrélation, en revanche, utilise un réseau de capteurs pour éliminer le bruit environnemental et améliorer la précision des mesures, sans avoir besoin d’enchevêtrement.
Où la spectroscopie de corrélation peut-elle être appliquée ?
La spectroscopie de corrélation peut être appliquée à diverses tâches de détection et diverses plateformes expérimentales, reflétant sa polyvalence.
Références
Légende illustration : Jusqu’à 91 atomes forment un réseau de capteurs qui permet des mesures encore plus précises des phénomènes physiques grâce à une nouvelle méthode. Crédit : Helene Hainzer
Publication: Correlation spectroscopy with multiqubit-enhanced phase estimation. Phys. Rev. X. H. Hainzer, D. Kiesenhofer, T. Ollikainen, M. Bock, F. Kranzl, M. K. Joshi, G. Yoeli, R. Blatt, T. Gefen, and C. F. Roos. Phys. Rev. X 2024 DOI: 10.1103/PhysRevX.14.011033
