In der Astronomie findet eine Revolution statt. Die Erforschung von Exoplaneten hat in den letzten 10 Jahren Fortschritte gemacht.
Quantentechnologie hilft
Laut einer aktuellen Studie von Forschern ausIn Australien und Singapur wird die neue Quantentechnologie das optische VLBI verbessern. Der stimulierte Raman-Adiabatische Übergang (STIRAP) ist ein Prozess, der einen Bevölkerungstransfer zwischen zwei anwendbaren Quantenzuständen mithilfe von mindestens zwei kohärenten elektromagnetischen (Licht-)Impulsen ermöglicht. Sie steuern die Übergänge eines dreistufigen Atoms oder eines mehrstufigen Systems. Ein Prozess ist eine Form kohärenter Kontrolle zwischen Staaten. Im Wesentlichen ermöglicht es die verlustfreie Übertragung von Quanteninformationen.
Bei Verwendung der Quantenfehlerkorrektur(Quantenfehlerkorrektur, QEC) Diese Methode ermöglicht möglicherweise VLBI-Beobachtungen bei bisher unzugänglichen Wellenlängen. Sobald die Technik in Instrumente der nächsten Generation integriert ist, könnte sie detailliertere Untersuchungen von Schwarzen Löchern, Exoplaneten, dem Sonnensystem und den Oberflächen entfernter Sterne ermöglichen.
Wie funktioniert Interferometrie?
Einfach ausgedrückt besteht die Interferometriemethode ausDurch die Kombination des Lichts mehrerer Teleskope rund um die Erde entstehen Bilder eines Objekts, die sonst nur schwer aufzulösen wären. Unter Interferometrie mit sehr langer Basislinie versteht man eine spezielle Technik der Radioastronomie, bei der Signale von astronomischen Radioquellen (Schwarze Löcher, Quasare, Pulsare, Sternentstehungsnebel usw.) kombiniert werden, um detaillierte Bilder ihrer Struktur und Aktivität zu erstellen. In den letzten Jahren hat VLBI die bisher detailliertesten Bilder von Sternen geliefert, die Sagittarius A* (Sgr A*) umkreisen, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie.
Es ermöglichte auch Astronomen die ZusammenarbeitEvent Horizon Telescope (EHT) soll das erste Bild eines Schwarzen Lochs (M87) und von Sgr A selbst aufnehmen. Doch wie sie in der Studie feststellten, werden die klassische Interferometrie und tatsächlich die Schaffung eines erdgroßen Teleskops immer noch behindert mehrere körperliche Einschränkungen. Dazu gehören Informationsverlust, Rauschen und die Tatsache, dass das resultierende Licht typischerweise Quantenlicht hat (wobei Photonen verschränkt sind). Durch die Beseitigung dieser Einschränkungen könnte VLBI für eine viel präzisere astronomische Forschung genutzt werden.
Lösung
Wie Wissenschaftler im Artikel „Visualizing Starsmit Quantenfehlerkorrektur“, ein Prozess, den sie sich vorstellen, der eine kohärente Bindung von Sternenlicht an „dunkle“ Atomzustände beinhalten würde. Der nächste Schritt besteht darin, das Licht mit QEC zu koppeln, einer Technik, die im Quantencomputing verwendet wird, um Quanteninformationen vor Fehlern aufgrund von Dekohärenz und anderem „Quantenrauschen“ zu schützen. Aber wie Wissenschaftler anmerken, wird dieselbe Methode eine detailliertere und genauere Interferometrie ermöglichen.
Prüfung der Theorie
Um ihre Theorie zu testen, schaute sich das Team anein Szenario, in dem zwei weit voneinander entfernte Objekte astronomisches Licht sammeln. Jedes teilt eine vorverteilte Verschränkung und enthält einen „Quantenspeicher“, in dem Licht eingefangen wird, und jedes bereitet seinen eigenen Satz von Quantendaten (Qubits) mit QEC in einen Code vor. Die resultierenden Quantenzustände werden dann von einem Decoder in einen gemeinsamen QEC-Code eingeprägt, der die Daten vor nachfolgenden verrauschten Operationen schützt.
In der „Encoder“-Stufe wird das Signal erfasstQuantenspeicher mit der STIRAP-Methode, die es ermöglicht, einfallendes Licht kohärent an den nichtstrahlenden Zustand des Atoms zu koppeln. Die Fähigkeit, Licht aus astronomischen Quellen einzufangen, das Quantenzustände berücksichtigt (und Quantenrauschen und Informationsverluste eliminiert), könnte für die Interferometrie von entscheidender Bedeutung sein. Darüber hinaus werden sich diese Verbesserungen auf andere Bereiche der Astronomie auswirken, die heute ebenfalls revolutionäre Veränderungen erleben.
Was ist das Endergebnis?
Umschalten auf optische Frequenzen, ein solches NetzwerkDie Quantenbildgebung wird die Bildauflösung um drei bis fünf Größenordnungen verbessern. Seine Leistung wird ausreichen, um kleine Planeten um nahe Sterne, Details von Sternsystemen, Kinematik von Sternoberflächen, Akkretionsscheiben und möglicherweise Details um Ereignishorizonte von Schwarzen Löchern abzubilden - keines der derzeit geplanten Projekte ist dazu in der Lage. Tatsächlich wird die Menschheit durch die Anwendung der neuen Technologie über ein Teleskop von der Größe eines Planeten verfügen.
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