Kvanttisensorointi

Kvanttisensorointi viittaa mittaustekniikoihin, joissa kvanttijärjestelmien ominaisuuksia, kuten superpositiota ja lomittuneisuutta, käytetään suureiden mittaamiseen. Kvanttisensorit voivat tarjota suurempaa herkkyyttä ja tarkkuutta kuin perinteiset sensorit erityisesti pienissä mittausmittakaavoissa ja nopeasti muuttuvissa olosuhteissa. Ne voivat mitata magneettikenttiä, gravitaatiota, kiihtyvyyksiä, taajuuksia sekä muita fysiikan suureita.

Perusta-ajatuksena on kvanttijärjestelmän tilan kontrollointi ja mittaustulosten tilasidonta. Usein käytetään interferometriaa, Ramsey-metodologiaa tai lukkemetodeja, joissa kvanttiresurssien hyödyntäminen sekä mahdollinen lomittuneisuus parantavat signaalin herkkyyttä ja vähentävät tietynlaisia häiriöitä. Tavoitteena on saavuttaa tai lähestyä standardia kvanttirajaa ja mahdollisesti Heisenbergin rajan kaltaisia suorituskyvyn ukkospäiviä.

Käytännön teknologioita ovat muun muassa atomi- ja ionipohjaiset interferometrit sekä atomikellot, joita käytetään tarkkoina taajuusstandardeina; nitrogen-vacancy -kideyksiköihin perustuvat magneettimetrit; sekä optomekaaniset ja kvanttibitit, kuten suprakondensaatiopiirit. Kvanttisensorit voivat myös hyödyntää tilan lomittuneisuutta ja squeezing-tiloja herkkyyden edelleen parantamiseksi.

Sovelluksia on geofysiikassa, navigoinnissa, lääketieteellisessä kuvantamisessa ja materiaalitieteessä. Esimerkkejä ovat geomagneettinen kartoitus, gravimetria, inertiaalinen navigointi sekä tarkat aika- ja taajuusstandardit. Haasteina ovat ympäristö- ja lämpötilakorjausten hallinta sekä laitteen koon, kustannusten ja luotettavuuden kehittäminen kenttäkäyttöä varten. Kvanttisensorointi kehittyy nopeasti kohti laajempaa hyödyntämistä sekä tutkimuksessa että teollisuudessa.