En revolution äger rum inom astronomi. Studiet av exoplaneter har gått framåt under de senaste 10 åren,
Kvantteknik kommer att hjälpa
Enligt en färsk studie av forskare frånAustralien och Singapore, ny kvantteknik kommer att förbättra optisk VLBI. Stimulerad Raman Adiabatic Transition (STIRAP) är en process som tillåter befolkningsöverföring mellan två tillämpliga kvanttillstånd med hjälp av minst två koherenta elektromagnetiska (ljus) pulser. De kontrollerar övergångarna i en trenivåatom eller ett flernivåsystem. En process är en form av sammanhängande kontroll mellan stater. I huvudsak tillåter det att kvantinformation överförs utan förlust.
När du använder kvantfelskorrigering(quantum error correction, QEC) den här metoden kan tillåta VLBI-observationer att göras vid tidigare otillgängliga våglängder. När den väl integrerats med nästa generations instrument kan tekniken möjliggöra mer detaljerade studier av svarta hål, exoplaneter, solsystemet och ytorna på avlägsna stjärnor.
Hur fungerar interferometri?
Enkelt uttryckt består interferometrimetoden avgenom att kombinera ljus från flera teleskop runt jorden för att skapa bilder av ett objekt som annars skulle vara för svårt att lösa. Mycket lång baslinjeinterferometri hänvisar till en speciell teknik som används inom radioastronomi där signaler från astronomiska radiokällor (svarta hål, kvasarer, pulsarer, stjärnbildande nebulosor etc.) kombineras för att skapa detaljerade bilder av deras struktur och aktivitet. Under de senaste åren har VLBI tillhandahållit de mest detaljerade bilderna hittills av stjärnor som kretsar kring Skytten A* (Sgr A*), det supermassiva svarta hålet i galaxens centrum.
Det gjorde det också möjligt för astronomer från samarbetetEvent Horizon Telescope (EHT) för att ta den första bilden av ett svart hål (M87) och Sgr A självt Men som de noterade i studien hindras klassisk interferometri och faktiskt skapandet av ett teleskop i jordstorlek fortfarande av. flera fysiska begränsningar. Dessa inkluderar informationsförlust, brus och det faktum att det resulterande ljuset vanligtvis är av kvanttyp (där fotoner är intrasslade). Genom att eliminera dessa begränsningar skulle VLBI kunna användas för mycket mer exakt astronomisk forskning.
Lösning på problemet
Som forskare beskriver i artikeln ”Visualisera stjärnormed kvantfelskorrigering”, en process som de föreställer sig skulle involvera koherent bindning av stjärnljus till ”mörka” atomära tillstånd. Nästa steg är att koppla ljuset med QEC, en teknik som används i kvantberäkning för att skydda kvantinformation från fel på grund av dekoherens och annat "kvantbrus". Men, som forskare noterar, kommer samma metod att ge mer detaljerad och exakt interferometri.
Testar teorin
För att testa sin teori tittade teamet påett scenario där två objekt åtskilda av stora avstånd samlar astronomiskt ljus. Var och en delar en förfördelad förträngning och innehåller ett "kvantminne" i vilket ljus fångas, och var och en förbereder sin egen uppsättning kvantdata (qubits) till någon kod med QEC. De resulterande kvanttillstånden skrivs sedan in i en gemensam QEC-kod av en avkodare, som skyddar data från efterföljande störande operationer.
Vid "encoder"-stadiet fångas signalen inkvantminne med STIRAP-metoden, som gör att inkommande ljus kan kopplas sammanhängande till atomens icke-strålande tillstånd. Förmågan att fånga ljus från astronomiska källor som står för kvanttillstånd (och eliminera kvantbrus och informationsförlust) kan vara en spelförändring för interferometri. Dessutom kommer dessa förbättringar att påverka andra områden inom astronomi som också genomgår revolutionerande förändringar idag.
Vad är slutresultatet?
Byte till optiska frekvenser, ett sådant nätverkkvantavbildning kommer att förbättra bildupplösningen med tre till fem storleksordningar. Dess kraft kommer att vara tillräcklig för att avbilda små planeter runt närliggande stjärnor, detaljer om stjärnsystem, kinematik av stjärnytor, ackretionsskivor och potentiellt detaljer kring svarta håls händelsehorisonter - inget av de projekt som för närvarande planeras är kapabla till detta. Faktum är att genom att tillämpa den nya tekniken kommer mänskligheten att ha till sitt förfogande ett teleskop lika stort som en planet.
Läs mer
Kinesisk AI förutsäger förloppet av hypersoniska missiler. Hämndstrejken kommer att vänta
Från en blandning av HPV, cancer och syfilis visade sig "odödliga" celler: vad är känt om dem
Astronomer från Japan har hittat en okänd struktur i galaxen