kvanttimetriikassa

Kvanttimetriikka on mittaustieteen ala, jossa kvanttisysteemien tiloja ja niiden kehitystä hyödynnetään mittaustarkkuuden parantamiseen. Sen tavoitteena on arvioida parametreja, kuten ajanhetkeä, vaihetta tai muita fysikaalisia suureita, mahdollisimman pienellä epävarmuudella ottaen huomioon mittausprosessin kvanttisääntöiset rajoitteet.

Keskeisiä käsitteitä ovat Fisherin tiedon ja Cramér–Rao -rajan klassisessa muodossa sekä niiden kvanttisessa laajennuksessa, Quantum Fisher Information (QFI). Näiden avulla määritellään se ala, jolla parametrin arvo voidaan erottuvasti määrittää. Yleisiä rajoja ovat standardinen kvanttira (SQL), jonka mukaan epävarmuus pienenee noin 1/√N, sekä Heisenbergin raja, joka esittää 1/N-skaalautumisen, kun käytetään kvanttisidottuja tiloja.

Käytännössä kvanttiresurssien hyödyntäminen edellyttää sekä tilan hallintaa että havaitsemista. Tekniikoita ovat entangled-tilat ja NOON-tilat sekä spin-squeezed tai puristetun valon (squeezed light) tilat. Käytetään myös adaptiivisia mittauksia ja Bayesin estimointia sekä dynamiikan hallintaa optimaalisen tiedon keräämiseksi. Platformeina ovat fotonit, atomit ja ionit, NV-keskukset ja muut solid-state -järjestelmät sekä supralevyt järjestelmät.

Sovellukset kattavat erittäin tarkat aikamittaukset (atomikellot ja optiset kellot), molekyylien spektrianalyysi, kuvantaminen sekä gravitaatioaaltojen havaitsemiseen liittyvät mittaukset. Kvanttimetriikkaa kehitetään edelleen dekohereenssin, teknisten häiriöiden ja erilaisten ympäristövaikutusten hallitsemiseksi, jotta signaalin-parantamisesta saavutettaisiin käytännön tasolla suurempi hyöty.