Se está produciendo una revolución en la astronomía. El estudio de exoplanetas ha avanzado en los últimos 10 años,
La tecnología cuántica ayudará
Según un estudio reciente realizado por investigadores deAustralia y Singapur, la nueva tecnología cuántica mejorará el VLBI óptico. La transición adiabática Raman estimulada (STIRAP) es un proceso que permite la transferencia de población entre dos estados cuánticos aplicables utilizando al menos dos pulsos electromagnéticos (luz) coherentes. Controlan las transiciones de un átomo de tres niveles o un sistema multinivel. Un proceso es una forma de control coherente entre estados. Básicamente, permite transmitir información cuántica sin pérdidas.
Cuando se utiliza la corrección de errores cuánticos(corrección de errores cuánticos, QEC) este método puede permitir que se realicen observaciones de VLBI en longitudes de onda previamente inaccesibles. Una vez integrada con instrumentos de próxima generación, la técnica podría permitir estudios más detallados de los agujeros negros, exoplanetas, el sistema solar y las superficies de estrellas distantes.
¿Cómo funciona la interferometría?
En pocas palabras, el método de interferometría consiste encombinar la luz de múltiples telescopios alrededor de la Tierra para crear imágenes de un objeto que de otro modo serían demasiado difíciles de resolver. La interferometría de línea de base muy larga se refiere a una técnica especial utilizada en radioastronomía en la que se combinan señales de fuentes de radio astronómicas (agujeros negros, cuásares, púlsares, nebulosas de formación estelar, etc.) para crear imágenes detalladas de su estructura y actividad. En los últimos años, VLBI ha proporcionado las imágenes más detalladas hasta el momento de estrellas que orbitan Sagitario A* (Sgr A*), el agujero negro supermasivo en el centro de la Galaxia.
También permitió a los astrónomos de la colaboraciónEvent Horizon Telescope (EHT) para tomar la primera imagen de un agujero negro (M87) y del propio Sgr A. Pero como señalaron en el estudio, la interferometría clásica y, de hecho, la creación de un telescopio del tamaño de la Tierra todavía se ven obstaculizadas por varias limitaciones físicas. Estos incluyen la pérdida de información, el ruido y el hecho de que la luz resultante suele ser de naturaleza cuántica (donde los fotones están entrelazados). Al eliminar estas limitaciones, VLBI podría utilizarse para investigaciones astronómicas mucho más precisas.
Solución al problema
Como describen los científicos en el artículo “Visualizando estrellascon corrección de errores cuánticos”, un proceso que imaginan implicaría la unión coherente de la luz de las estrellas a estados atómicos “oscuros”. El siguiente paso es acoplar la luz con QEC, una técnica utilizada en computación cuántica para proteger la información cuántica de errores debidos a la decoherencia y otros "ruidos cuánticos". Pero, como señalan los científicos, este mismo método proporcionará una interferometría más detallada y precisa.
Probando la teoría
Para probar su teoría, el equipo examinóun escenario en el que dos objetos separados por grandes distancias recogen luz astronómica. Cada uno comparte un entrelazamiento predistribuido y contiene una "memoria cuántica" en la que queda atrapada la luz, y cada uno prepara su propio conjunto de datos cuánticos (qubits) en algún código con QEC. Los estados cuánticos resultantes luego se imprimen en un código QEC común mediante un decodificador, que protege los datos de operaciones ruidosas posteriores.
En la etapa de "codificador", la señal se captura enmemoria cuántica utilizando el método STIRAP, que permite que la luz entrante se acople coherentemente al estado no radiativo del átomo. La capacidad de capturar luz de fuentes astronómicas que tengan en cuenta los estados cuánticos (y eliminen el ruido cuántico y la pérdida de información) podría cambiar las reglas del juego para la interferometría. Además, estas mejoras afectarán a otras áreas de la astronomía que también están experimentando cambios revolucionarios en la actualidad.
¿Cuál es el resultado final?
Cambiar a frecuencias ópticas, tal redla imagen cuántica mejorará la resolución de la imagen entre tres y cinco órdenes de magnitud. Su poder será suficiente para obtener imágenes de pequeños planetas alrededor de estrellas cercanas, detalles de sistemas estelares, cinemática de superficies estelares, discos de acreción y potencialmente detalles alrededor de horizontes de eventos de agujeros negros; ninguno de los proyectos planificados actualmente es capaz de esto. De hecho, aplicando la nueva tecnología, la humanidad tendrá a su disposición un telescopio del tamaño de un planeta.
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