Uma revolução está ocorrendo na astronomia. O estudo dos exoplanetas avançou nos últimos 10 anos,
A tecnologia quântica ajudará
De acordo com um estudo recente realizado por pesquisadores daAustrália e Cingapura, a nova tecnologia quântica melhorará o VLBI óptico. A Transição Adiabática Raman Estimulada (STIRAP) é um processo que permite a transferência de população entre dois estados quânticos aplicáveis usando pelo menos dois pulsos eletromagnéticos (de luz) coerentes. Eles controlam as transições de um átomo de três níveis ou de um sistema multinível. Um processo é uma forma de controle coerente entre estados. Essencialmente, permite que informações quânticas sejam transmitidas sem perdas.
Ao usar a correção quântica de erros(correção quântica de erros, QEC) este método pode permitir que observações VLBI sejam feitas em comprimentos de onda anteriormente inacessíveis. Uma vez integrada com instrumentos de próxima geração, a técnica poderá permitir estudos mais detalhados de buracos negros, exoplanetas, sistema solar e superfícies de estrelas distantes.
Como funciona a interferometria?
Simplificando, o método de interferometria consiste emcombinar a luz de vários telescópios ao redor da Terra para criar imagens de um objeto que de outra forma seria muito difícil de resolver. A interferometria de linha de base muito longa refere-se a uma técnica especial usada em radioastronomia na qual sinais de fontes de rádio astronômicas (buracos negros, quasares, pulsares, nebulosas de formação de estrelas, etc.) são combinados para criar imagens detalhadas de sua estrutura e atividade. Nos últimos anos, o VLBI forneceu as imagens mais detalhadas de estrelas que orbitam Sagitário A* (Sgr A*), o buraco negro supermassivo no centro da Galáxia.
Também permitiu que os astrônomos da colaboraçãoEvent Horizon Telescope (EHT) para tirar a primeira imagem de um buraco negro (M87) e do próprio Sgr A. Mas, como observaram no estudo, a interferometria clássica e, de fato, a criação de um telescópio do tamanho da Terra ainda são dificultadas por diversas limitações físicas. Isso inclui perda de informação, ruído e o fato de que a luz resultante é tipicamente de natureza quântica (onde os fótons estão emaranhados). Ao eliminar essas limitações, o VLBI poderia ser usado para pesquisas astronômicas muito mais precisas.
Solução para o problema
Como os cientistas descrevem no artigo “Visualizando estrelascom a correção quântica de erros”, um processo que eles imaginam envolveria a ligação coerente da luz das estrelas aos estados atômicos “escuros”. O próximo passo é acoplar a luz ao QEC, uma técnica usada na computação quântica para proteger informações quânticas de erros devido à decoerência e outros “ruídos quânticos”. Mas, como observam os cientistas, esse mesmo método fornecerá uma interferometria mais detalhada e precisa.
Testando a teoria
Para testar sua teoria, a equipe analisouum cenário em que dois objetos separados por grandes distâncias coletam luz astronômica. Cada um compartilha um emaranhado pré-distribuído e contém uma “memória quântica” na qual a luz é aprisionada, e cada um prepara seu próprio conjunto de dados quânticos (qubits) em algum código com QEC. Os estados quânticos resultantes são então impressos em um código QEC comum por um decodificador, que protege os dados de operações ruidosas subsequentes.
No estágio "encoder", o sinal é capturado emmemória quântica usando o método STIRAP, que permite que a luz que entra seja acoplada de forma coerente ao estado não radiativo do átomo. A capacidade de capturar luz de fontes astronômicas que respondem por estados quânticos (e eliminar o ruído quântico e a perda de informação) pode ser uma virada de jogo para a interferometria. Além disso, estas melhorias terão impacto noutras áreas da astronomia que também estão hoje a sofrer mudanças revolucionárias.
Qual é o resultado final?
Mudando para frequências ópticas, como uma redea imagem quântica melhorará a resolução da imagem em três a cinco ordens de magnitude. Seu poder será suficiente para imaginar pequenos planetas em torno de estrelas próximas, detalhes de sistemas estelares, cinemática de superfícies estelares, discos de acreção e potencialmente detalhes em torno de horizontes de eventos de buracos negros - nenhum dos projetos atualmente planejados é capaz disso. De fato, ao aplicar a nova tecnologia, a humanidade terá à sua disposição um telescópio do tamanho de um planeta.
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