Tecnologia de detecção precisa: usando Qubits e aprendizado de máquina

- Jun 07, 2019-


Recentemente, uma equipe de pesquisadores composta por pesquisadores da Universidade de Aalto, na Finlândia, do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça, em Zurique, e do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, desafiou o limite e propôs um método para medir campos magnéticos usando sistemas quânticos. A precisão excede o limite quântico padrão. .


fundo


A precisão com a qual medimos as coisas é limitada. No caso de uma imagem de raios-X, é provável que seja ambíguo e só pode ser interpretado corretamente por um médico especialista. O contraste entre diferentes tecidos é pequeno, mas pode ser melhorado com tempos de exposição mais longos, maior intensidade de iluminação ou tirando várias imagens e sobrepondo-as.


Uma regra prática bem estabelecida é o chamado "limite quântico padrão": a precisão da medição é inversamente proporcional à raiz quadrada dos recursos disponíveis. Em outras palavras, quanto mais recursos você usar (tempo, potência de radiação, número de imagens, etc.), mais precisas serão suas medições. No entanto, isso só permite que você entenda esse nível: precisão extrema significa usar muitos recursos.


Inovação


Recentemente, uma equipe de pesquisadores composta por pesquisadores da Universidade de Aalto, na Finlândia, ETH Zurich, e do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT) desafiou o limite e propôs uma medição usando sistemas quânticos. O método do campo magnético excede o limite quântico padrão. Seu artigo foi publicado na prestigiada revista Npj Quantum Information.


qubits and machine learning


tecnologia


Sorin Paraoanu, líder do grupo de pesquisa Kvantti, da Universidade de Aalto, na Finlândia, disse: “Queremos projetar uma técnica de medição eficiente, mas minimamente invasiva. Por exemplo, para amostras extremamente sensíveis, devemos observar a menor intensidade de campo magnético possível. Essas amostras minimizam o tempo de medição ".


No entanto, este artigo descreve como usar a coerência de átomos artificiais supercondutores (um qubit) para melhorar a precisão das medições do campo magnético. É um pequeno dispositivo feito de tiras de alumínio sobrepostas que evaporam em um chip de silício. Essa tecnologia é semelhante à tecnologia usada para fabricar telefones celulares e processadores de celular.


Artificial atoms released from the aluminum strip on the silicon chip can be used to detect magnetic fields


Átomos artificiais liberados da tira de alumínio no chip de silício podem ser usados para detectar campos magnéticos

Quando o dispositivo é resfriado a temperaturas muito baixas, o incrível acontece: o fluxo de corrente não é bloqueado e começa a exibir propriedades mecânicas quânticas semelhantes às dos átomos reais.


Quando irradiado com pulsos de microondas (diferentes de microondas em fornos de microondas domésticos), o estado dos átomos artificiais muda. Os resultados mostram que esta mudança depende do campo magnético aplicado externamente: medindo o átomo, você pode calcular o campo magnético.


Mas, para ir além do limite quântico padrão, outra abordagem deve ser adotada, isto é, uma técnica semelhante à de um ramo de aprendizado de máquina amplamente utilizado: o reconhecimento de padrões.


Andrey Lebedev, autor do ETH Zurich, que trabalha no MIPT, Moscou, Rússia, disse: "Adotamos uma técnica adaptativa. Primeiro, fazemos medições e deixamos que nosso algoritmo de reconhecimento de padrões decida como alterar o próximo passo com base na medição. Os parâmetros de controle usados para obter a medição mais rápida do campo magnético. "


Detecção de campo magnético: A distribuição de probabilidade definida em etapas sucessivas do algoritmo (os dois algoritmos usados no estudo são mostrados em vermelho e azul, respectivamente), que fornecem uma identificação precisa dos valores do fluxo magnético. A curva verde é a distribuição limite padrão quântica e o fundo é o recurso de padrão de interferência do dispositivo.


machine learning and magnetic


valor


Em uma variedade de campos, da exploração geológica à geração de imagens da atividade cerebral, a detecção de campo magnético é muito importante. Os pesquisadores acreditam que seu trabalho é o primeiro passo em direção ao objetivo de detectar tecnologias usando métodos de aprimoramento quântico. Além disso, a extração rápida de informações de estados quânticos é essencial para futuros processadores quânticos e detectores ultra-sensíveis na técnica anterior.
Lebedev disse: "Esta é uma aplicação muito boa da tecnologia quântica. Combinando fenômenos quânticos com técnicas de medição baseadas em aprendizado de máquina supervisionado, podemos melhorar a sensibilidade dos detectores de campo magnético em um novo reino que rompe os limites quânticos padrões."


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