V astronomii probíhá revoluce. Studium exoplanet za posledních 10 let pokročilo,
Kvantová technologie pomůže
Podle nedávné studie vědců zAustrálie a Singapur, nová kvantová technologie zlepší optické VLBI. Stimulovaný Ramanův adiabatický přechod (STIRAP) je proces, který umožňuje přenos populace mezi dvěma použitelnými kvantovými stavy pomocí alespoň dvou koherentních elektromagnetických (světelných) pulzů. Řídí přechody tříúrovňového atomu nebo víceúrovňového systému. Proces je formou koherentní kontroly mezi státy. V podstatě umožňuje přenos kvantových informací beze ztrát.
Při použití kvantové korekce chyb(kvantová korekce chyb, QEC) Tato metoda může umožnit pozorování VLBI na dříve nepřístupných vlnových délkách. Po integraci s přístroji nové generace by tato technika mohla umožnit podrobnější studium černých děr, exoplanet, sluneční soustavy a povrchů vzdálených hvězd.
Jak interferometrie funguje?
Jednoduše řečeno, metoda interferometrie se skládá zkombinováním světla z více dalekohledů kolem Země k vytvoření snímků objektu, který by jinak bylo příliš obtížné vyřešit. Interferometrie s velmi dlouhou základní linií označuje speciální techniku používanou v radioastronomii, při níž se signály z astronomických rádiových zdrojů (černé díry, kvasary, pulsary, hvězdotvorné mlhoviny atd.) kombinují a vytvářejí podrobné snímky jejich struktury a aktivity. V posledních letech poskytla VLBI dosud nejpodrobnější snímky hvězd obíhajících Sagittarius A* (Sgr A*), supermasivní černou díru v centru Galaxie.
To také umožnilo astronomům ze spolupráceEvent Horizon Telescope (EHT), aby pořídil první snímek černé díry (M87) a samotného Sgr A. Jak ale poznamenali ve studii, klasické interferometrii a ve skutečnosti vytvoření dalekohledu velikosti Země stále brání několik fyzických omezení. Patří mezi ně ztráta informace, šum a skutečnost, že výsledné světlo je typicky kvantové povahy (kde jsou fotony zapletené). Odstraněním těchto omezení by bylo možné VLBI použít pro mnohem přesnější astronomický výzkum.
Řešení problému
Jak vědci popisují v článku „Vizualizace hvězds kvantovou opravou chyb“, proces, který si představují, by zahrnoval koherentní vazbu světla hvězd na „temné“ atomové stavy. Dalším krokem je spojení světla s QEC, technikou používanou v kvantových výpočtech k ochraně kvantových informací před chybami způsobenými dekoherencí a jiným „kvantovým šumem“. Ale jak vědci poznamenávají, tato stejná metoda poskytne podrobnější a přesnější interferometrii.
Testování teorie
Aby otestoval svou teorii, tým se podíval nascénář, ve kterém dva objekty oddělené velkou vzdáleností shromažďují astronomické světlo. Každý sdílí předem distribuované zapletení a obsahuje „kvantovou paměť“, do které je uvězněno světlo, a každý připravuje svou vlastní sadu kvantových dat (qubitů) do nějakého kódu s QEC. Výsledné kvantové stavy jsou pak dekodérem otištěny do společného QEC kódu, který chrání data před následnými hlučnými operacemi.
Ve fázi „kodéru“ je signál zachycenkvantové paměti využívající metodu STIRAP, která umožňuje koherentní spojení příchozího světla s nezářivým stavem atomu. Schopnost zachytit světlo z astronomických zdrojů, které odpovídají za kvantové stavy (a eliminovat kvantový šum a ztrátu informací), by mohla být pro interferometrii zásadní změnou. Tato vylepšení navíc ovlivní další oblasti astronomie, které dnes také procházejí revolučními změnami.
Jaký je konečný výsledek?
Přepínání na optické frekvence, taková síťkvantové zobrazování zlepší rozlišení obrazu o tři až pět řádů. Jeho síla bude dostatečná k zobrazení malých planet kolem blízkých hvězd, detailů hvězdných systémů, kinematiky hvězdných povrchů, akrečních disků a potenciálně detailů kolem horizontů událostí černých děr – žádný z aktuálně plánovaných projektů toho není schopen. Ve skutečnosti bude mít lidstvo použitím nové technologie k dispozici dalekohled o velikosti planety.
Přečtěte si více
Čínská AI předpovídá průběh hypersonických střel. Odvetná stávka bude před námi
Ze směsi HPV, rakoviny a syfilis se vyklubaly „nesmrtelné“ buňky: co se o nich ví
Astronomové z Japonska našli v galaxii neznámou strukturu