Techniques quantiques pilotées par l'IA : sensibilité du magnétomètre multipliée par six

Des chercheurs développent une nouvelle méthode pour mesurer les champs magnétiques en combinant système quantique et apprentissage automatique.

Ils atteignent une sensibilité 6 fois supérieure aux techniques conventionnelles.

Les limites de la mesure

Il existe des limites à la précision de mesure. Une radiographie est floue et nécessite un expert. Augmenter l'intensité ou le temps d'exposition améliore le contraste, mais la radiation n'est pas sans danger.

La limite quantique standard dit que la précision est inversement proportionnelle à la racine carrée des ressources. Plus de ressources (puissance, temps, nombre d'images) = plus de précision. Haute précision = ressources extensives.

Une équipe internationale franchit la limite

Physiciens du MIPT, Université Aalto, Institut Landau, et ETH Zurich ont développé une meilleure méthode de mesure de champs magnétiques via système quantique et ML.

Ils démontrent un magnétomètre dépassant la limite quantique standard.

Utiliser un qubit pour mesurer avec haute sensibilité

La précision est améliorée en exploitant la cohérence d'un qubit, un atome artificiel supraconducteur. Dispositif minuscule : bandes d'aluminium chevauchantes sur puce silicium — même technique que processeurs mobiles/ordinateurs.

À très basses températures, le courant circule sans résistance, le dispositif montre des propriétés quantiques similaires aux atomes réels. Son moment magnétique intrinsèque est ~100 000 fois plus grand que celui d'atomes/ions réels.

L'état du qubit change sous impulsion micro-ondes. Ce changement dépend du champ magnétique externe. Pour connaître le champ, il suffit de mesurer l'atome.

Dans un détecteur à qubit, la cohérence entre deux états oscille à la fréquence du champ magnétique pénétrant le dispositif. Plus le taux de changement de phase de la fonction d'onde est mesurable, plus la précision est grande.

Référence : npj Quantum Information | doi:10.1038/s41534-018-0078-y | ETH Zurich

Mais cela ne dépasse pas la limite quantique standard. Il faut un autre tour : reconnaissance de motifs par apprentissage automatique.

Les chercheurs ont appliqué une approche adaptative. Ils effectuent une mesure, donnent le résultat à des algorithmes ML, et laissent l'IA décider comment modifier un paramètre de contrôle à l'étape suivante pour atteindre l'estimation la plus rapide du champ magnétique.

Cela a permis d'atteindre une sensibilité ~6 fois supérieure aux techniques conventionnelles.

Conclusion

Cette combinaison de matériel quantique et d'algorithmes ML supervisés dans la détection quantique promet des magnétomètres à un ou plusieurs qubits offrant des précisions au-delà des limites des détecteurs actuels.

La détection de champs magnétiques est cruciale : imagerie d'activité cérébrale, prospection géologique. Un pas vers des méthodes quantiques améliorées pour la technologie des capteurs.