Rilevamento sperimentale potenziato dalla computazione quantistica con l’algoritmo di Grover

Abstract degli autori

La combinazione della sensoristica quantistica con la computazione quantistica per ottenere un miglioramento rispetto alla sensoristica quantistica convenzionale è emersa di recente come una promettente potenziale applicazione della computazione quantistica, che potrebbe offrire vantaggi senza richiedere hardware su larga scala o tollerante ai guasti. In questo lavoro presentiamo una dimostrazione sperimentale di una recente proposta teorica che riadatta l’algoritmo di ricerca di Grover per migliorare la capacità di rilevare segnali a frequenza sconosciuta all’interno di un’ampia banda di rilevamento. I nostri esperimenti si basavano su un sistema composto da un singolo qubit superconduttore accoppiato a una singola cavità superconduttrice, mettendo in evidenza i requisiti hardware modesti per realizzare il protocollo. Abbiamo riscontrato che il rilevamento basato su Grover era in grado di superare il riferimento naturale non basato su Grover per la nostra piattaforma sperimentale, per bande di rilevamento $>$10~MHz, con un vantaggio che, come osservato empiricamente, cresceva in modo superlineare all’aumentare della banda oltre quel punto di pareggio. L’uso del protocollo basato su Grover ha ridotto di oltre 10$\times$ la quantità di segnale da misurare per prendere una decisione di rilevamento accurata, in condizioni di maggiore ampiezza della banda di rilevamento e maggiore accuratezza di rilevamento desiderata. I nostri risultati convalidano sul piano dei principi la possibilità di realizzare il rilevamento computazionale quantistico basato su Grover con hardware del prossimo futuro e di ottenere un vantaggio metrologico ben oltre il punto di pareggio, nonostante la maggiore complessità del protocollo.