O nouă tehnologie cuantică ar putea schimba modul în care studiem Universul

În ultimii zece ani, studiul exoplanetelor a avansat considerabil, astronomia undelor gravitaționale a apărut ca un nou domeniu și au fost surprinse primele imagini ale găurilor negre supermasive (SMBH).

Un domeniu înrudit, interferometria, a avansat, de asemenea, incredibil datorită instrumentelor extrem de sensibile și a capacității de a partaja și de a combina date de la observatoare din întreaga lume. În special, știința interferometriei cu linie de bază foarte lungă (VLBI) deschide domenii complet noi.

• De ce uneori zăpada pare albastră?
• O gaură neagră masivă din Universul timpuriu, surprinsă în timp ce trage „un pui de somn”

Potrivit unui studiu recent realizat de cercetători din Australia și Singapore, o nouă tehnică cuantică ar putea îmbunătăți VLBI optic. Aceasta este cunoscută sub numele de Stimulated Raman Adiabatic Passage (STIRAP), care permite transferul de informații cuantice fără pierderi.

Atunci când este imprimată într-un cod cuantic de corecție a erorilor, această tehnică ar putea permite observații VLBI în lungimi de undă inaccesibile până acum. Odată integrată în instrumentele de ultimă generație, această tehnică ar putea permite realizarea unor studii detaliate ale găurilor negre, exoplanetelor, Sistemului Solar și suprafețelor stelelor îndepărtate.

Studii detaliate ale găurilor negre și exoplanetelor din Univers

Lucrarea a fost condusă de Zixin Huang, cercetător postdoctoral în cadrul Centrului pentru sisteme cuantice inginerești (EQuS) de la Universitatea Macquarie din Sydney, Australia.

În termeni simpli, tehnica interferometriei constă în combinarea luminii de la diferite telescoape pentru a crea imagini ale unui obiect care, altfel, ar fi prea greu de rezolvat.

Interferometria cu linie de bază foarte lungă se referă la o tehnică specifică utilizată în radioastronomie, în care semnalele provenite de la o sursă radio astronomică (găuri negre, quasari, pulsari, nebuloase cu formare de stele etc.) sunt combinate pentru a crea imagini detaliate ale structurii și activității acestora.

În ultimii ani, VLBI a produs cele mai detaliate imagini ale stelelor care orbitează în jurul lui Sagitarrius A* (Sgr A*), din centrul galaxiei noastre.

Dar, după cum au indicat în studiul lor, interferometria clasică este încă împiedicată de mai multe limitări fizice, inclusiv pierderea de informații, zgomotul și faptul că lumina obținută este în general de natură cuantică (unde fotonii sunt încurcați). Prin abordarea acestor limitări, VLBI ar putea fi utilizată pentru studii astronomice mult mai fine, scrie ScienceAlert.

Cele mai clare imagini ale stelelor care orbitează în jurul lui Sagitarrius A*

Cheia pentru a depăși aceste limitări, spune Dr. Huang și colegii săi, este de a utiliza tehnici de comunicare cuantică precum Stimulated Raman Adiabatic Passage. STIRAP constă în utilizarea a două impulsuri de lumină coerentă pentru a transfera informații optice între două stări cuantice aplicabile.

Atunci când va fi aplicată la VLBI, a spus Huang, aceasta va permite transferuri eficiente și selective de populație între stările cuantice fără a suferi de problemele obișnuite de zgomot sau pierderi.

După cum descriu în lucrarea lor, procesul pe care îl preconizează ar implica cuplarea luminii stelare în stări atomice „întunecate” care nu radiază.

Următorul pas, a spus Huang, este cuplarea luminii cu corecția cuantică a erorilor (QEC), o tehnică utilizată în informatica cuantică pentru a proteja informațiile cuantice de erori cauzate de „zgomotele cuantice”.

Cele mai inaccesibile și mai greu de observat obiecte din Univers

În viitorul apropiat, Telescopul spațial James Webb (JWST) va utiliza suita sa avansată de instrumente de imagistică în infraroșu pentru a caracteriza atmosferele exoplanetelor ca niciodată până acum. Același lucru este valabil și pentru observatoarele terestre precum Extremely Large Telescope (ELT), Giant Magellan Telescope (GMT) și Thirty Meter Telescope (TMT).

Datorită oglinzilor primare de mari dimensiuni, opticii adaptive, coronografiilor și spectrometrelor, aceste observatoare vor permite realizarea de studii imagistice directe ale exoplanetelor, oferind informații valoroase despre suprafețele și atmosferele acestora.

Profitând de noile tehnici cuantice și integrându-le cu VLBI, observatoarele vor avea o altă modalitate de a capta imagini ale unora dintre cele mai inaccesibile și mai greu de observat obiecte din Universul nostru. Secretele pe care acest lucru le-ar putea dezvălui vor fi cu siguranță revoluționare.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Rata de expansiune a Universului, un mister pentru astronomi, dar nu și pentru Telescopul Spațial Hubble

O „lume în oglindă” a particulelor din Univers ar putea explica o descoperire cosmologică enigmatică

Un semnal misterios dintr-un sistem stelar locuibil, dovada că nu suntem singuri în Univers?

Galaxia, transformată în „telescop cosmic” pentru a studia inima Universului tânăr