Телескоп величине Земље: како ће квантна комуникација помоћи у стварању

У астрономији се дешава револуција. Проучавање егзопланета је напредовало у последњих 10 година,

астрономија гравитационих таласа је новаобласти истраживања, а научници су добили прве слике супермасивних црних рупа (СМБХ). Област науке која је допринела овим открићима — интерферометрија — такође је почела да се брзо развија. Ово је све захваљујући веома осетљивим инструментима и могућностима дељења и комбиновања података из опсерваторија широм света. Конкретно, наука о интерферометрији веома дугачке основне линије (ВЛБИ) отвара потпуно нове могућности захваљујући квантним технологијама.

Квантна технологија ће помоћи

Према недавној студији истраживача изАустралија и Сингапур, нова квантна технологија ће побољшати оптички ВЛБИ. Стимулисани рамански адијабатски прелаз (СТИРАП) је процес који омогућава трансфер популације између два применљива квантна стања користећи најмање два кохерентна електромагнетна (светлосна) импулса. Они контролишу прелазе тростепеног атома или система на више нивоа. Процес је облик кохерентне контроле између држава. У суштини, омогућава да се квантна информација преноси без губитка.

Када се користи квантна корекција грешке(квантна корекција грешке, КЕЦ) ова метода може да омогући ВЛБИ запажања на претходно неприступачним таласним дужинама. Једном интегрисана са инструментима следеће генерације, техника би могла да омогући детаљније проучавање црних рупа, егзопланета, Сунчевог система и површина удаљених звезда.

Како функционише интерферометрија?

Једноставно речено, метода интерферометрије се састоји одкомбиновање светлости из више телескопа широм Земље да би се створиле слике објекта које би иначе било превише тешко решити. Интерферометрија веома дугачке основне линије се односи на специјалну технику која се користи у радио астрономији у којој се сигнали из астрономских радио извора (црне рупе, квазари, пулсари, маглине које стварају звезде, итд.) комбинују да би се створиле детаљне слике њихове структуре и активности. Последњих година, ВЛБИ је пружио до сада најдетаљније слике звезда које круже око Стрелца А* (Сгр А*), супермасивне црне рупе у центру Галаксије.

То је такође омогућило астрономима да учествују у сарадњиЕвент Хоризон Телесцопе (ЕХТ) за снимање прве слике црне рупе (М87) и самог Сгр А. Али, како су приметили у студији, класична интерферометрија и, у ствари, стварање телескопа величине Земље и даље су отежани неколико физичких ограничења. То укључује губитак информација, шум и чињеницу да је резултирајућа светлост типично квантне природе (где су фотони уплетени). Уклањањем ових ограничења, ВЛБИ би могао да се користи за много прецизнија астрономска истраживања.

Решење проблема

Као што научници описују у чланку „Визуелизирање звездаса квантном корекцијом грешке“, процес који они замишљају би укључивао кохерентно везивање светлости звезда за „тамна“ атомска стања. Следећи корак је спајање светлости са КЕЦ, техником која се користи у квантном рачунарству за заштиту квантне информације од грешака услед декохеренције и другог „квантног шума“. Али, како научници примећују, овај исти метод ће обезбедити детаљнију и тачнију интерферометрију.

Тестирање теорије

Да би тестирао своју теорију, тим је погледаосценарио у коме два објекта раздвојена великим растојањима прикупљају астрономску светлост. Сваки дели унапред распоређену замршеност и садржи „квантну меморију“ у коју је заробљена светлост, и сваки припрема сопствени скуп квантних података (кубита) у неки код са КЕЦ-ом. Резултирајућа квантна стања се затим утискују у заједнички КЕЦ код помоћу декодера, који штити податке од накнадних бучних операција.

У фази "енкодера", сигнал се хватаквантна меморија коришћењем СТИРАП методе, која омогућава да се улазна светлост кохерентно повеже са не-радијативним стањем атома. Способност да се ухвати светлост из астрономских извора који објашњавају квантна стања (и елиминишу квантни шум и губитак информација) могла би да промени игру за интерферометрију. Штавише, ова побољшања ће утицати на друге области астрономије које данас такође пролазе кроз револуционарне промене.

Која је суштина?

Прелазак на оптичке фреквенције, таква мрежаквантно снимање ће побољшати резолуцију слике за три до пет редова величине. Његова снага ће бити довољна за снимање малих планета око оближњих звезда, детаља звезданих система, кинематике звезданих површина, акреционих дискова и потенцијално детаља око хоризонта догађаја црних рупа – ниједан од тренутно планираних пројеката није способан за ово. У ствари, применом нове технологије човечанство ће имати на располагању телескоп величине планете.

Опширније

Кинеска вештачка интелигенција предвиђа курс хиперсоничних пројектила. Следи узвратни удар

Из мешавине ХПВ-а, рака и сифилиса, испале су "бесмртне" ћелије: шта се зна о њима

Астрономи из Јапана пронашли су непознату структуру у галаксији