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Forscher der Universität Innsbruck haben eigenen Angaben nach den ersten programmierbaren Quantensensor entwickelt und im Labor getestet. Dazu haben sie eine Methode aus der Quanteninformationsverarbeitung auf ein Messproblem angewendet.
Das Verfahren eröffnet die Perspektive für Quantensensoren, deren Präzision bis dicht an die durch die Naturgesetze vorgegebene Grenze reicht, heißt es.
Metrologie-Problem gelöst
Variations-Quantenalgorithmen beschreiben eine Schaltung von Quantengattern, die von freien Paramatern abhängen. Durch Optimierungsroutinen findet der Sensor selbständig die besten Einstellungen für ein optimales Ergebnis. „Diese Methode haben wir auf ein Problem aus der Metrologie angewendet“, so die Forscher Denis Vasilyev und Raphael Kaubrügger. Mit dem neuen Verfahren lassen sich Quantensensoren so weit optimieren, dass sie die technisch bestmögliche Präzision erreichen.
Die Innsbrucker haben mit ihrer Methode genau jene Kombination aus Quantenzustand und Messungen erzeugt, die für Quantensensoren optimal sind. Damit lässt sich die Präzision des Sensors bis dicht an das nach den Naturgesetzen mögliche Optimum bringen, mit nur leicht erhöhtem Mehraufwand. Auf einem Ionenfallen-Quantencomputer haben die Physiker auf Basis von variationalen Quantenrechnungen Frequenzmessungen durchgeführt.
Überraschend gute Ergebnisse
Obwohl der experimentelle Aufbau nicht perfekt ist, stimmen die Ergebnisse überraschend gut mit den theoretisch vorhergesagten Werten überein, heißt es. Da solche Simulationen nicht für alle Sensoren möglich sind, haben die Forscher Methoden zur automatischen Optimierung der Parameter ohne Vorwissen genutzt. „Ähnlich wie beim maschinellen Lernen findet der programmierbare Quantencomputer seinen optimalen Modus als hochpräziser Sensor selbständig“, weiß Experimentalphysiker Thomas Feldker.
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