Przecław News

Informacje o Polsce. Wybierz tematy, o których chcesz dowiedzieć się więcej w Wiadomościach Przecławia.

Nowa technologia kwantowa może zmienić sposób, w jaki badamy wszechświat

Nowa technologia kwantowa może zmienić sposób, w jaki badamy wszechświat

W astronomii trwa rewolucja. Właściwie można powiedzieć, że jest ich wiele. W ciągu ostatnich dziesięciu lat badania nad egzoplanetami poczyniły znaczne postępy, fala grawitacyjna Astronomia pojawiła się jako nowa dziedzina, a pierwsze supermasywne obrazy czarne dziury (SMBH) przechwycone.

Rozwija także pokrewną dziedzinę, interferometrię, dzięki niezwykle czułym narzędziom oraz możliwości udostępniania i łączenia danych z obserwatoriów na całym świecie. W szczególności nauka Interferometria z ultradługą linią podstawową (VLBI) otwiera zupełnie nowy horyzont możliwości.

Według ostatnich badań przeprowadzonych przez naukowców z Australii i Singapuru, nowa technologia kwantowa może poprawić optyczne VLBI. znany jako Stymulacja adiabatycznej ścieżki Ramana (STIRAP), który umożliwia przesyłanie informacji ilościowych bez strat.

Po wydrukowaniu w kodzie korygującym błędy kwantowe, technologia ta umożliwia obserwacje VLBI na wcześniej niedostępnych długościach fal. Po połączeniu z instrumentami nowej generacji technologia ta może umożliwić bardziej szczegółowe badania czarnych dziur, egzoplanet, Układu Słonecznego i powierzchni odległych gwiazd.

Badaniami prowadził Zixin Huang, Postdoctoral Research Fellow at Centrum Inżynierii Systemów Kwantowych (EQuS) na Macquarie University w Sydney w Australii. Dołącza do niej Gavin Brennan, profesor fizyki teoretycznej na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej oraz Centrum Technologii Kwantowych przy ul. Narodowy Uniwersytet w Singapurze (NUS) oraz Yingkai Ouyang, starszy pracownik naukowy w Centrum Technologii Kwantowych w NUS.

Mówiąc wprost, Interferometria Technologia polega na łączeniu światła z różnych teleskopów w celu stworzenia obrazów obiektu, który jest bardzo trudny do rozdzielenia.

Bardzo długa interferometria fundamentalna odnosi się do specyficznej techniki stosowanej w radioastronomii, w której sygnały pochodzą z astronomicznego źródła radiowego (czarne dziury, kwazary, pulsarymgławice gwiazdotwórcze itp.) w celu stworzenia szczegółowych obrazów ich struktury i aktywności.

W ostatnich latach VLBI wyprodukowało najbardziej szczegółowe obrazy Gwiazdy krążące wokół Strzelca A* (Sgr A*), SMBH znajduje się w centrum naszej galaktyki. Pozwolił również astronomom korzystać teleskop horyzontu zdarzeń (EHT) Współpracuj, aby przechwycić plik Pierwszy obraz czarnej dziury (M87 *) i Sgr A * Samo!

READ  Rozpoczęcie kolejnej dużej misji kosmicznej, aby pogłębić wiedzę na temat ciemnej materii i ciemnej energii

Jednak, jak wskazują w swoich badaniach, klasyczną interferometrię wciąż utrudnia wiele fizycznych ograniczeń, w tym utrata informacji, szum oraz fakt, że otrzymywane światło ma generalnie charakter kwantowy (w którym splątane są fotony). Rozwiązując te ograniczenia, VLBI można wykorzystać do wykonywania dokładniejszych badań astronomicznych.

Dr Huang powiedział Universe Today za pośrednictwem poczty elektronicznej: „Obecnie najnowocześniejsze duże systemy obrazowania pierwotnego działają w paśmie mikrofalowym widma elektromagnetycznego. Aby uzyskać interferometrię optyczną, wszystkie części interferometru muszą być stabilne wewnątrz ułamek długości fali światła, więc światło może. Bardzo trudno to zrobić na duże odległości: źródła hałasu mogą pochodzić z samego urządzenia, rozszerzalności i kurczenia termicznego, wibracji itp., a przede wszystkim występują straty związane z elementami optycznymi .

„Ideą tego kierunku badań jest umożliwienie nam przejścia na częstotliwości optyczne z mikrofal; techniki te mają zastosowanie w równym stopniu do podczerwieni. Możemy faktycznie wykonać dużą podstawową interferometrię mikrofalową. Jednak to zadanie staje się bardzo trudne na częstotliwościach optycznych, ponieważ Nawet najszybsze urządzenia elektroniczne nie mogą bezpośrednio mierzyć oscylacji pola elektrycznego na tych częstotliwościach”.

Kluczem do przezwyciężenia tych ograniczeń, jak twierdzą dr Huang i współpracownicy, jest zastosowanie technik komunikacji kwantowej, takich jak stymulowana adiabatyczna ścieżka Ramana. STIRAP polega na wykorzystaniu dwóch połączonych ze sobą impulsów świetlnych do przesyłania informacji optycznych między dwoma realnymi stanami kwantowymi.

W zastosowaniu do VLBI, powiedział Huang, umożliwi to wydajne i selektywne przenoszenie populacji między stanami kwantowymi bez typowych problemów związanych z szumem lub stratą.

Jak opisują w swoim artykule („Obrazowanie gwiazd z kwantową korekcją błędów”), proces, który planują, obejmuje spójne sprzężenie światła gwiazd z niepromieniującymi „ciemnymi” stanami atomowymi.

Następnym krokiem, powiedział Huang, jest połączenie światła z kwantową korekcją błędów (QEC), technologią stosowaną w Statystyki ilościowe Aby chronić informacje kwantowe przed błędami spowodowanymi dekoherencją i innym „szumem kwantowym”.

READ  Naukowcy dokonali przełomu w opracowaniu nowej szczepionki, która w końcu może pokonać COVID

Ale jak wskazuje Huang, ta sama technika może pozwolić na większą szczegółowość i dokładność w interferometrii:

„Aby naśladować duże interferometry optyczne, światło musi być spójnie zbierane i przetwarzane, dlatego sugerujemy stosowanie korekcji błędów kwantowych w celu złagodzenia błędów wynikających z utraty i szumu w procesie.

„Korekcja błędów kwantowych to szybko rozwijająca się dziedzina, która koncentruje się przede wszystkim na umożliwieniu skalowalnych obliczeń kwantowych, jeśli występują błędy. W połączeniu z predystrybucją splot, możemy wykonywać operacje, które wydobywają potrzebne nam informacje ze światła gwiazd, jednocześnie tłumiąc hałas. „

Aby przetestować swoją teorię, zespół przyjrzał się scenariuszowi, w którym dwa obiekty (Alice i Bob) oddzielone dużymi odległościami zbierają światło astronomiczne.

Każdy z nich ma wstępnie rozproszone splątanie i zawiera „pamięci kwantowe”, w których przechwytywane jest światło, a każdy terminal przygotowuje własny zestaw danych kwantowych (kubitów) w pewnym kodzie QEC. Odebrane stany kwantowe są następnie drukowane do wspólnego kodu QEC przez dekoder, który chroni dane przed kolejnymi zaszumionymi operacjami.

Na etapie „kodowania” sygnał jest wychwytywany w pamięciach kwantowych za pomocą technologii STIRAP, która umożliwia spójne sprzężenie docierającego światła w niepromienisty stan atomu.

Możliwość odbierania światła ze źródeł astronomicznych, które interpretują stany kwantowe (i usuwają szum kwantowy i utratę informacji), byłaby zmianą w interferometrii. Co więcej, te ulepszenia będą miały poważne implikacje dla innych dziedzin astronomii, które również dziś są rewolucjonizowane.

„Przełączając się na częstotliwości optyczne, sieć obrazowania kwantowego poprawi rozdzielczość obrazowania o trzy do pięciu rzędów wielkości” – powiedział Huang.

„Byłoby wystarczająco mocne, aby zobrazować małe planety wokół pobliskich gwiazd, szczegóły układów słonecznych, kinetykę powierzchni gwiazd, dyski akrecyjne i prawdopodobnie szczegóły dotyczące horyzontów zdarzeń dla czarnych dziur – i żaden obecnie planowany projekt nie może tego rozwiązać”.

READ  Fragmenty Merkurego rozrzucone miliardy lat temu mogą zostać zakopane na Ziemi: raport

W niedalekiej przyszłości Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) wykorzysta swój zaawansowany zestaw narzędzi do obrazowania w podczerwieni, aby scharakteryzować atmosfery egzoplanet jak nigdy dotąd. To samo dotyczy obserwatoriów naziemnych, takich jak bardzo duży teleskop (ELT), Gigantyczny Teleskop Magellana (GMT) i Teleskop 30-metrowy (TMT).

Obserwatoria te, obejmujące duże zwierciadła główne, optykę adaptacyjną, kręgi koronalne i spektrometry, umożliwią bezpośrednie badania obrazowe egzoplanet, dostarczając cennych informacji o ich powierzchniach i atmosferach.

Wykorzystując nowe technologie kwantowe i integrując je z VLBI, obserwatoria będą miały inny sposób na przechwytywanie obrazów niektórych z najbardziej niedostępnych i najtrudniejszych do zobaczenia obiektów w naszym świecie. Sekrety, które może to ujawnić, z pewnością będą (ostatnim razem, obiecuję!) rewolucyjne!

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany przez wszechświat dzisiaj. Przeczytać oryginalny artykuł.