Onderzoekers hebben een nieuwe benadering ontwikkeld voor quantummetingen waarbij het gebruik van zogenaamde 'twin-field sensors' het mogelijk maakt om de theoretische maximale hoeveelheid informatie uit een signaal te extraheren.
In een recent gepubliceerd wetenschappelijk werk beschrijven onderzoekers een methode om de precisie van quantummetingen fundamenteel te verbeteren. Het probleem bij continue metingen in quantumexperimenten is vaak dat het uiterst complex is om de maximale hoeveelheid beschikbare informatie uit een probe-signaal te halen. Volgens een publicatie op arxiv.org is er nu een manier gevonden om deze uitdaging aan te pakken voor een breed scala aan sensoren.
De werking van de Twin-Field Sensor
De kern van de nieuwe ontdekking is de introductie van de 'twin-field sensor' (TFS). In plaats van te vertrouwen op een enkele meting van een sensor, stelt de methode voor om een gecombineerde meting uit te voeren. Hierbij worden signalen verzameld van zowel de oorspronkelijke sensor als een geschikte kopie van dat systeem.
Door deze twee systemen te combineren, kunnen onderzoekers de zogenaamde 'quantum Fisher information bound' verzadigen. Dit is een theoretische grens die bepaalt hoeveel informatie er maximaal uit een quantumtoestand kan worden gehaald over een onbekende parameter. In eenvoudige termen betekent dit dat de sensor de absolute theoretische limiet van precisie bereikt die door de wetten van de quantummechanica is vastgelegd.
Toepasbaarheid over diverse systemen
Een belangrijk aspect van het onderzoek, uitgevoerd door Yaohua Li, Fan Yang en Klaus Mølmer, is de veelzijdigheid van de TFS-benadering. De onderzoekers hebben de prestaties van deze sensoren bestudeerd over verschillende implementaties. Hierbij werd gekeken naar systemen variërend van twee-niveau atomen tot een hybride quantum Rabi-model.
Opvallend is dat voor al deze diverse gevallen relatief eenvoudige detectiemethoden volstaan om de quantumlimiet te bereiken. Volgens de auteurs van het artikel op kunnen zowel eenvoudige fotontelling als homodyne-detectie worden gebruikt om de theoretische limieten te verzadigen. Dit suggereert dat de methode niet alleen theoretisch superieur is, maar mogelijk ook praktisch toegankelijk voor implementatie in laboratoria.
Gezamenlijke detectie van parameters
Naast het verbeteren van de precisie voor een enkele parameter, bewijst het onderzoek dat de twin-field sensor ook effectief is bij het gelijktijdig meten van paren van parameters. Dit wordt gekwantificeerd via de quantum Fisher-informatiematrix. De TFS is in staat om ook bij deze complexe, gezamenlijke metingen de quantumlimieten te behalen, wat de bruikbaarheid van de methode in complexe quantumexperimenten vergroot.
Het volledige onderzoek, dat is ingediend op 7 september 2026, beslaat acht pagina's en bevat vier figuren die de fysieke mechanismen en prestaties van de TFS verder toelichten. De resultaten zijn nu beschikbaar via de open-access database van .
Hoewel andere bronnen zoals britannica.com algemene informatie over wetenschap bieden, is de specifieke technische doorbraak van de twin-field sensors momenteel gedetailleerd beschreven in de gespecialiseerde publicatie op . De publicatie valt onder de categorie Quantum Physics (quant-ph) en biedt een theoretisch kader voor toekomstige quantum-sensortechnologie.