AI駆動の量子技術で磁力計感度を6倍に向上、標準量子限界を突破

MIPT、アールト大学、ランダウ研究所、ETHチューリッヒ物理学部の国際物理学者チームが、量子システムと機械学習を組み合わせ、磁場測定感度を従来手法の6倍に高める新手法を開発しました。標準量子限界を超える精度を達成しています。

量子ビット（キュービット）を用いた高感度磁場測定

シリコンチップ上のアルミニウムストリップで作られた超伝導人工原子「キュービット」のコヒーレンスを活用します。極低温下では電流がほぼ零抵抗で流れ、実際の原子に類似した量子力学的性質を示し、固有磁気モーメントは実在原子/イオンの約10万倍です。

マイクロ波パルス照射でキュービット状態が変化し、この変化は外部磁場に依存するため、原子を測定すれば磁場が分かります。2状態間のコヒーレンス（量子状態のコヒーレントな重ね合わせ）が、デバイスを貫く磁場の周波数で振動し、波動関数の位相変化率を高精度で測定できるほど精度が上がります。

しかしこれだけでは標準量子限界を超えられません。研究者たちは適応的アプローチを採用：測定を行い、結果を機械学習アルゴリズムに入力し、AIに次のステップで制御パラメータをどう変えるか決定させ、磁場の最速推定を実現しました。これにより従来比約6倍の感度を達成しました。

量子ハードウェアと教師あり機械学習の組み合わせは、単一または複数キュービット磁力計において、現在の磁場検出器の限界を超える精度を約束します。脳活動イメージングから地質探査まで、磁場検出が重要な幅広い分野で、量子強化センサー技術への小さな一歩となります。

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