Kvanttiinstrumenteissa

Kvanttiinstrumenteissa tarkoitetaan mittaus-, havainto- ja säätöjärjestelmiä, jotka hyödyntävät kvantti-ilmiöitä tai toimivat kvanttijärjestelmien tutkimuksessa ja hyödyntämisessä. Näitä välineitä käytetään kvanttimetrologian, kvanttivisedynamiikan sekä kvanttiilmaisujen kontrolloinnin konteksteissa. Tavoitteena on saavuttaa suurempi herkkyys, suurempi vakavuus ja hallittu kohinansäätö suhteessa klassisiin mittausjärjestelmiin.

Keskeisiä periaatteita ovat kvanttiepävarmuuden rajoitukset, koherenssin ylläpito sekä kvanttinen sidoksisuus (entanglement) ja squeezing. Kvanttisensorit voivat hyödyntää esimerkiksi SQUID-magnetometrejä pienien magneettikenttien havaitsemiseksi, NV-keskuksiin perustuvia nanoskaalan sensorointeja sekä kylmäatomisten interferometrejä ja fotonisia detektoreita. Laitteet vaativat usein matalalämpötiloja, melun eristystä sekä tarkkaa kontrollia järjestelmän tilansiirtojen minimoimiseksi. Kvanttinäytteiden mittauksessa käytetään usein kvanttilähettimiä ja kvanttiluokan vahvistimia, jotta signaali voidaan lukea häiriöittä.

Sovelluksia ovat kvantmetrologia, kvanttiviestintä ja kvanttijärjestelmien ohjaus sekä perustutkimus. Esimerkkejä järjestelmistä ovat SQUID-sensorit magneettisuuden havainnointiin, NV-keskukset nanoskaalaisen ominaisuuksien mittaukseen sekä kylmäatomiset interferometrit gravitaation ja kiihtyvyyden mittauksiin. Kvanttiinstrumenttien kehitys etenee jatkuvasti, ja niiden odotetaan mahdollistavan sekä paremmat mittausrajat että uusia teknologisia sovelluksia.