kvanttisensoroinnille

Kvanttisensorointi viittaa teknologioihin ja menetelmiin, joissa kvantti-ilmiöitä hyödynnetään mittausten suorittamiseen. Hyödyntämällä kvanttikoherenssia, superpositiota ja usein entanglementtia voidaan saavuttaa suurempi herkkyys ja tarkkuus kuin perinteisillä menetelmillä. Eri alustoilla tilatun kvantti-ilmaisun avulla voidaan mitata esimerkiksi magneettikenttiä, sähkökenttiä, lämpötilaa, massas ja paikkauksen muuttujia sekä ajan kulkua.

Yleisimpiä kvanttisensorointialustoja ovat NV-keskukset timanttissa, jotka mahdollistavat nanometri- tai mikrometrakokoiset magneettikentän mittaukset; atomiset höyrykammio- tai kaltainen vapaa atomijärjestelmäkaveri, joita käytetään suurempiin etäisyyksiin ja tarkempiin gravitaatio- ja magneettisuusmittauksiin; SQUID-sensorit (superpohja-) magneettikenttien heräämiseen; sekä trapped-ion- ja suprakondensoitujen piirien kaltaiset järjestelmät, joita hyödynnetään tarkkoina ajallisen ja voiman mittauksina. Optomekaaniset sensorit sekä lämpötilansensorit ovat myös osa kenttää.

Mittaustekniikat perustuvat kvanttiprosesseihin kuten Ramsey-interferometriaan, dynamiikkaan assosiaatioon dekoherenssin hallitsemiseksi sekä käänteisiin silmukointimenetelmiin, joiden avulla voidaan parantaa herkkyyttä. Kehittyneitä lähestymistapoja ovat kvanttiviformointi ja kutistaminen (spin-squeezing), joiden avulla voidaan ylittää perinteisen standard quantum limitin rajoja.

Sovelluksia on laajoja: geofysiikka ja materiaalitestaus, biolääketieteellinen kuvantaminen, navigointi ja inertiaalinen mittaus sekä tarkka aikamittaus ja atomiset kellot. Haasteita ovat dekoherenssi, ympäristövaikutukset ja järjestelmien vakaa integraatio käytännön ympäristöihin. Tulevaisuudessa odotetaan entistä pienempiä, energiatehokkaampia ja luotettavampia kvanttisensoreita sekä laajempaa kaupallista käyttöönottoa.