У астрономії відбувається революція. За останні 10 років вивчення екзопланет просунулося вперед,
Допоможе квантова техніка
Згідно з недавнім дослідженням дослідників зАвстралії та Сінгапуру, нова квантова техніка покращить оптичну РСДБ. Йдеться про вимушений раманівський адіабатичний переход (STIRAP) - це процес, який дозволяє переносити населеність між двома застосовними квантовими станами за допомогою принаймні двох когерентних електромагнітних (світлових) імпульсів. Вони керують переходами трирівневого атома чи багаторівневої системи. Процес є формою когерентного керування між станами. По суті він дозволяє передавати квантову інформацію без втрат.
При використанні квантової корекції помилок(quantum error correction, QEC) Цей метод може дозволити проводити РСДБ-спостереження на раніше недоступних довжинах хвиль. Після інтеграції з інструментами наступного покоління цей метод може дозволити детальніше вивчати чорні дірки, екзопланети, Сонячну систему та поверхні далеких зірок.
Як працює інтерферометрія?
Простіше кажучи, метод інтерферометрії полягає воб'єднанні світла від кількох телескопів з усієї Землі до створення зображень об'єкта, які інакше було занадто складно дозволити. Інтерферометрія з наддовгою базою відноситься до особливої методики, що використовується в радіоастрономії, при якій сигнали від астрономічних радіоджерел (чорних дірок, квазарів, пульсарів, туманностей зіркоутворення і т. д.) об'єднуються для створення докладних зображень їх структури та активності. В останні роки РСДБ дала найбільш докладні зображення зірок, що обертаються навколо Стрільця A* (Sgr A*), надмасивної чорної дірки у центрі Галактики.
Це також дозволило астрономам із колабораціїEvent Horizon Telescope (EHT) зробити перше зображення чорної діри (M87) і самого Sgr A. Але, як вони відзначили в дослідженні, класичної інтерферометрії і, фактично, створенню телескопа розміром із Землю все ще заважають кілька фізичних обмежень. У тому числі втрата інформації, шум і той факт, що одержуване світло, як правило, носить квантовий характер (де фотони заплутані). Усунувши ці обмеження, РСДБ можна було використовувати для набагато більш точних астрономічних досліджень.
Рішення проблеми
Як вчені описують у статті «Візуалізація зірокз квантовою корекцією помилок», процес, який вони припускають, буде включати когерентне зв'язування зоряного світла з темними атомними станами. Наступний крок полягає в тому, щоб з'єднати світло з QEC, методом, що використовується в квантових обчисленнях для захисту квантової інформації від помилок через декогеренцію та інших «квантових шумів». Але, як зазначають вчені, цей метод забезпечить більш докладну і точну інтерферометрію.
Перевірка теорії
Щоб перевірити свою теорію, команда розглянуласценарій, у якому два об'єкти, розділені великими відстанями, збирають астрономічне світло. Кожен розділяє заздалегідь розподілену заплутаність і містить «квантову пам'ять», в яку вловлюється світло, і кожен готує свій власний набір квантових даних (кубітів) у код з QEC. Отримані квантові стани потім вдруковуються в загальний код QEC декодер, який захищає дані від наступних зашумлених операцій.
На етапі «кодувальника» сигнал захоплюється вквантову пам'ять за допомогою методу STIRAP, який дозволяє когерентно зв'язувати вхідне світло з безвипромінювальним станом атома. Можливість уловлювати світло від астрономічних джерел, які враховують квантові стани (і усувають квантовий шум та втрату інформації), може змінити правила гри для інтерферометрії. Більше того, ці вдосконалення вплинуть на інші галузі астрономії, які сьогодні також зазнають революційних змін.
Що в підсумку?
Переходячи на оптичні частоти, така мережаквантових зображень покращить роздільну здатність зображення на три-п'ять порядків. Його потужності буде достатньо для зображення малих планет навколо найближчих зірок, деталей зіркових систем, кінематики зоряних поверхонь, акреційних дисків і потенційно деталей навколо горизонтів подій чорних дірок — жоден із запланованих проектів не здатний на це. Фактично, застосувавши нову технологію, людство отримає у власне розпорядження телескоп розміром з планету.
Читати далі
Китайський ІІ передбачає курс гіперзвукових ракет. Удар у відповідь буде з випередженням
З суміші ВПЛ, раку та сифілісу вийшли «безсмертні» клітини: що про них відомо
Астрономи з Японії знайшли у галактиці невідому структуру