Er vindt een revolutie plaats in de astronomie. Het onderzoek naar exoplaneten is de afgelopen tien jaar vooruitgegaan.
Quantumtechnologie zal helpen
Dat blijkt uit een recent onderzoek van onderzoekers vanAustralië en Singapore, nieuwe kwantumtechnologie zal optische VLBI verbeteren. Stimulated Raman Adiabatic Transition (STIRAP) is een proces dat populatieoverdracht tussen twee toepasselijke kwantumtoestanden mogelijk maakt met behulp van ten minste twee coherente elektromagnetische (licht)pulsen. Ze controleren de overgangen van een atoom met drie niveaus of een systeem met meerdere niveaus. Een proces is een vorm van coherente controle tussen staten. In wezen maakt het het mogelijk dat kwantuminformatie zonder verlies wordt verzonden.
Bij gebruik van kwantumfoutcorrectie(kwantumfoutcorrectie, QEC) Deze methode kan het mogelijk maken VLBI-waarnemingen te doen op voorheen ontoegankelijke golflengten. Eenmaal geïntegreerd met instrumenten van de volgende generatie, zou de techniek gedetailleerdere studies van zwarte gaten, exoplaneten, het zonnestelsel en de oppervlakken van verre sterren mogelijk kunnen maken.
Hoe werkt interferometrie?
Simpel gezegd bestaat de interferometriemethode uit:het combineren van licht van meerdere telescopen rond de aarde om beelden te creëren van een object dat anders te moeilijk zou zijn om op te lossen. Zeer lange basislijninterferometrie verwijst naar een speciale techniek die wordt gebruikt in de radioastronomie, waarbij signalen van astronomische radiobronnen (zwarte gaten, quasars, pulsars, stervormende nevels, enz.) worden gecombineerd om gedetailleerde beelden van hun structuur en activiteit te creëren. De afgelopen jaren heeft VLBI de meest gedetailleerde beelden tot nu toe opgeleverd van sterren die rond Sagittarius A* (Sgr A*) draaien, het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg.
Het maakte ook astronomen van de samenwerking mogelijkEvent Horizon Telescope (EHT) om de eerste afbeelding te maken van een zwart gat (M87) en Sgr A zelf. Maar zoals ze in het onderzoek opmerkten, worden klassieke interferometrie en, in feite, de creatie van een telescoop ter grootte van de aarde nog steeds belemmerd door meerdere fysieke beperkingen. Deze omvatten informatieverlies, ruis en het feit dat het resulterende licht typisch kwantumvormig van aard is (waarbij fotonen verstrengeld zijn). Door deze beperkingen weg te nemen, zou VLBI kunnen worden gebruikt voor veel nauwkeuriger astronomisch onderzoek.
Oplossing voor het probleem
Zoals wetenschappers beschrijven in het artikel ‘Visualiseren van sterrenmet kwantumfoutcorrectie’ zou een proces dat zij voor ogen hebben een coherente binding van sterrenlicht aan ‘donkere’ atomaire toestanden met zich meebrengen. De volgende stap is om het licht te koppelen aan QEC, een techniek die wordt gebruikt in kwantumcomputers om kwantuminformatie te beschermen tegen fouten als gevolg van decoherentie en andere ‘kwantumruis’. Maar zoals wetenschappers opmerken, zal dezelfde methode een meer gedetailleerde en nauwkeurigere interferometrie opleveren.
Theorie testen
Om hun theorie te testen, keek het team ernaareen scenario waarin twee objecten, gescheiden door grote afstanden, astronomisch licht verzamelen. Ze delen allemaal een vooraf gedistribueerde verstrengeling en bevatten een ‘kwantumgeheugen’ waarin licht wordt opgesloten, en elk bereidt zijn eigen set kwantumgegevens (qubits) voor in een code met QEC. De resulterende kwantumtoestanden worden vervolgens door een decoder in een gemeenschappelijke QEC-code afgedrukt, die de gegevens beschermt tegen daaropvolgende bewerkingen met ruis.
In de ‘encoder’-fase wordt het signaal opgevangenkwantumgeheugen met behulp van de STIRAP-methode, waarmee inkomend licht op coherente wijze kan worden gekoppeld aan de niet-stralingstoestand van het atoom. Het vermogen om licht op te vangen uit astronomische bronnen die kwantumtoestanden verklaren (en kwantumruis en informatieverlies te elimineren) zou een game-changer kunnen zijn voor interferometrie. Bovendien zullen deze verbeteringen van invloed zijn op andere gebieden van de astronomie die vandaag de dag ook revolutionaire veranderingen ondergaan.
Waar komt het op neer?
Overschakelen naar optische frequenties, zo'n netwerkkwantumbeeldvorming zal de beeldresolutie met drie tot vijf ordes van grootte verbeteren. Zijn kracht zal voldoende zijn om kleine planeten rond nabije sterren, details van stellaire systemen, kinematica van stellaire oppervlakken, accretieschijven en mogelijk details rond de gebeurtenishorizonten van zwarte gaten in beeld te brengen - geen van de momenteel geplande projecten is hiertoe in staat. Door de nieuwe technologie toe te passen, zal de mensheid in feite de beschikking hebben over een telescoop ter grootte van een planeet.
Lees verder
Chinese AI voorspelt de koers van hypersonische raketten. De vergeldingsstaking komt eraan
Uit een mengsel van HPV, kanker en syfilis bleken "onsterfelijke" cellen: wat is er over bekend
Astronomen uit Japan hebben een onbekende structuur in de melkweg gevonden