Kvantová senzorika v otevřených kvantových systémech

Měření extrémně slabých signálů, například velmi malých sil, magnetických polí nebo změn teploty, stojí v samotném jádru moderních technologií, od lékařské diagnostiky až po navigaci a experimenty základního fyzikálního výzkumu. Vědci se stále častěji obracejí ke kvantovým systémům, aby posunuli přesnost měření za hranice klasických možností. Skutečná zařízení však nikdy nejsou dokonale izolovaná - jsou otevřená: interagují se svým okolím a neustále s ním vyměňují energii. Pochopit, jak tuto otevřenost využít namísto toho, aby byla překážkou, se stalo jednou z hlavních výzev kvantové senzoriky.

Slibný přístup spočívá v provozování senzorů v blízkosti tzv. výjimečných bodů, tedy speciálních podmínek, při nichž se chování systému dramaticky mění a jeho odezva na vnější poruchy může být výrazně zesílena. Tyto jevy byly prokázány v klasických systémech, avšak nebylo jasné, zda lze podobné výhody dosáhnout i ve skutečně kvantových zařízeních.

Výzkumníci ze Společné laboratoře optiky ve spolupráci s kolegy z Japonska a Spojených států nyní vyvinuli nový teoretický přístup, který na tuto otázku odpovídá. Jejich práce publikovaná nedávna v prestižním časopisu Physical Review Letters ukazuje, že kvantové senzory založené na třídě tzv. pseudohermitovských systémů mohou dosáhnout nejvyšší možné přesnosti měření, kterou takové otevřené kvantové systémy umožňují.

"Výsledky objasňují, kdy může provoz v blízkosti výjimečných bodů skutečně zlepšit citlivost měření, kdy nikoli, a jak kvantové efekty mění obraz známý z klasické fyziky", říká hlavní autor studie Ievgen Arkhipov ze Společné laboratoře optiky a dodává: "Stanovením těchto principů studie otevírá cestu k novým návrhům vysoce přesných kvantových senzorů, které dokážou využít interakce s okolním prostředím namísto toho, aby jimi byly znehodnoceny."

Tento výzkum přibližuje vědce k praktickým kvantovým technologiím schopným detekovat signály v otevřených kvantových systémech.

Citace práce: I. I. Arkhipov, F. Nori, Ş. K. Özdemir: Achieving the Quantum Fisher Information Bound in Pseudo-Hermitian Sensors, Phys. Rev. Lett. 136 (2026), 080802 DOI: 10.1103/qk5r-h851.