Рубидиевый СВЧ-сенсор Варшавского университета сохранил втрое больше информации Фишера

Группа Михала Парняка из Варшавского университета продемонстрировала микроволновый сенсор на ридберговских атомах, который сохраняет больше измерительной информации, несмотря на потери на стадии детектирования, говорится в статье на nature.com nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. В эксперименте использовали ансамбль примерно из 100 миллионов ультрахолодных атомов рубидия-87. На одном микроволновом импульсе длительностью 160 нс сенсор достиг точности (217 ± 8) мкВ/см за одно измерение.

Сенсор и проблема считывания

Ридберговские атомы обладают большими дипольными моментами, поэтому сильно реагируют на внешние электрические поля, и их же можно использовать для обработки квантовой информации. В установке свет сначала записывали в атомный ансамбль в виде коллективных возбуждений. Затем короткий микроволновый импульс действовал на эти возбуждённые состояния, после чего сохранённый сигнал преобразовывали обратно в свет и считывали.

На этом этапе теряется много сигналов, поэтому высокая чувствительность атомов сама по себе не гарантирует измерения с малыми потерями. Потери при детектировании остаются одним из ключевых препятствий для квантового преимущества в практических задачах, отмечают авторы.

Протокол взаимодействия и информация Фишера

Перед считыванием исследователи позволили ридберговским возбуждениям взаимодействовать через межатомные дипольные взаимодействия. Идея протокола, вопреки интуиции, состоит во введении дополнительного нелинейного квантового канала с потерями nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Сами взаимодействия вызывают потери, но меняют квантовое состояние так, что последующие потери при детектировании разрушают меньше информации. Дополнительный шаг работает как защита заранее, а не как исправление уже потерянных данных. Авторы описывают это как предварительную обработку перед измерением; она применялась в других экспериментах по сенсорике, но в ридберговских атомных системах ранее не демонстрировалась.

Количество информации в измерении описывает информация Фишера: она определяет, насколько малой может стать неопределённость оценки поля. С протоколом, по данным авторов, информация Фишера выросла втрое. Нормированное значение составило 3,0 ± 0,3 относительно эталонного метода без дополнительной обработки. Это не означает, что напряжённость поля определили втрое точнее.

По словам авторов, подход использует взаимодействия, присущие самому сенсору, и не требует универсального квантового компьютера.