Teknik Kuantum Berbasis AI Meningkatkan Sensitivitas Magnetometer Enam Kali Lipat
- Para peneliti mengembangkan metode baru untuk mengukur medan magnet menggunakan sistem kuantum dan teknik pembelajaran mesin.
- Sensitivitasnya mencapai 6 kali lebih tinggi dibandingkan dengan teknik konvensional.
Ada batasan tertentu mengenai seberapa tepat seseorang dapat mengukur sesuatu. Ambil contoh gambar sinar-X, gambarnya cukup buram dan memerlukan dokter ahli untuk menafsirkannya dengan benar. Meskipun intensitas yang lebih tinggi dan waktu pemaparan yang lebih lama dapat meningkatkan kontras antara beberapa jaringan, radiasi dalam jumlah besar tersebut tidak aman bagi manusia.
Anda mungkin mengetahui batas kuantum standar, yang menyatakan bahwa keakuratan pengukuran berbanding terbalik dengan akar kuadrat sumber daya tertentu. Semakin banyak Anda menerapkan sumber daya — kekuatan radiasi, waktu, jumlah gambar — semakin akurat pengukuran Anda. Jadi, presisi yang lebih tinggi berarti menggunakan sumber daya yang luas.
Kini, tim fisikawan internasional dari MIPT, Universitas Aalto, Institut Landau, dan Departemen Fisika ETH Zurich, telah menemukan metode yang lebih baik untuk mengukur medan magnet menggunakan sistem kuantum dan teknik pembelajaran mesin.
Mereka mendemonstrasikan magnetometer dengan ketepatan melebihi batas kuantum standar. Mari kita cari tahu bagaimana mereka mengembangkannya.
Menggunakan Qubit Untuk Mengukur Medan Magnet Dengan Sensitivitas Tinggi
Para peneliti telah meningkatkan ketepatan pengukuran medan magnet, dengan memanfaatkan koherensi qubit, sebuah atom buatan superkonduktor. Ini adalah perangkat sangat kecil yang terbuat dari strip aluminium yang tumpang tindih pada chip silikon – teknik yang sama digunakan untuk memproduksi prosesor seluler dan komputer.
Sebuah qubit direalisasikan dari strip aluminium pada chip silikon | Kredit gambar: Babi Brasileiro / Universitas Aalto
Saat perangkat terkena suhu yang sangat rendah, arus mengalir melaluinya dengan hambatan hampir nol, dan perangkat mulai menunjukkan sifat mekanika kuantum yang mirip dengan atom sebenarnya. Faktanya, momen magnet intrinsiknya sekitar 100.000 kali lebih besar dibandingkan momen magnet atom/ion sebenarnya.
Keadaan qubit berubah ketika disinari dengan pulsa gelombang mikro. Perubahan ini bergantung pada medan magnet luar yang diterapkan. Jadi, untuk mengetahui medan magnet, Anda hanya perlu mengukur atomnya.
Dalam detektor medan magnet berbasis qubit, koherensi antara 2 keadaan (superposisi koheren keadaan kuantum) berosilasi pada frekuensi medan magnet yang menembus perangkat. Semakin tinggi laju perubahan fasa fungsi gelombang yang dapat diukur, semakin tinggi pula presisinya.
Referensi:Informasi Kuantum npj | doi:10.1038/s41534-018-0078-y | ETH Zurich
Namun, hal ini tidak akan memberi Anda akurasi yang melampaui batas kuantum standar. Anda harus menerapkan trik lain yaitu pengenalan pola menggunakan pembelajaran mesin.
Para peneliti menerapkan pendekatan adaptif. Mereka melakukan pengukuran dan memasukkan hasilnya ke algoritma pembelajaran mesin. Kemudian, mereka membiarkan AI memutuskan cara mengubah parameter kontrol pada langkah berikutnya untuk mendapatkan estimasi medan magnet tercepat.
Hal ini memungkinkan mereka mencapai sensitivitas sekitar 6 kali lebih tinggi dibandingkan yang dapat dicapai dengan teknik konvensional.
Kesimpulan
Kombinasi pemanfaatan perangkat keras kuantum dan algoritme pembelajaran mesin yang diawasi dalam konteks penginderaan kuantum menjanjikan magnetometer qubit tunggal atau beberapa yang dapat memberikan akurasi di luar batas detektor medan magnet saat ini.
Baca:Simulasi Inti Atom Pertama di Komputer Kuantum
Deteksi medan magnet sangat penting dalam berbagai bidang, mulai dari pencitraan aktivitas otak hingga pemrosesan geologi. Ini adalah langkah kecil menuju penggunaan metode kuantum yang disempurnakan untuk teknologi sensor.
