Квантовая запутанность поможет создавать более четкие изображения космоса, объединяя данные с разных телескопов

Новости МирТесен

Ученые из Аризонского университета, Университета Мэриленда и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА разработали принципиально новый способ объединения информации, получаемой с удаленных телескопов. Для формирования изображений космических объектов с невиданной ранее детализацией они используют явление квантовой запутанности. Опубликованные в журнале Physical Review Letters результаты исследования указывают на возможность создания телескопов нового поколения, которые смогут выявлять особенности, недоступные для наблюдения из-за существующих физических ограничений.

В классической астрономии применяется метод длиннобазовой интерферометрии, заключающийся в объединении света, полученного от нескольких телескопов, посредством сложных оптических систем для создания эффекта работы единого, очень большого телескопа. Тем не менее, физическая передача световых сигналов на значительные расстояния связана с потерями и техническими сложностями. Альтернативный подход, предложенный в новой методике, предполагает совершенно иную схему: вместо перемещения самого света, ученые предлагают использовать предварительно распределенные между телескопами запутанные состояния квантовых ячеек памяти.

Доктор Сайкат Гуха, возглавляющий Центр квантовых сетей и являющийся старшим автором публикации, отметил, что их группа уже продолжительное время изучает базовые квантовые ограничения оптических систем. В предыдущих исследованиях им удалось продемонстрировать, что применение устройств для разделения пространственных мод света позволяет обойти дифракционный предел, который ранее рассматривался как неразрешимый барьер. Однако основной трудностью оставалось то, что для достижения оптимальной производительности необходимо было объединять световые потоки от различных телескопов.

Предложенный метод решает указанную проблему, используя квантовую телепортацию. Квантовая запутанность между узлами обеспечивает объединение информации на квантовом уровне, исключая необходимость физического сближения световых лучей. Вместо этого каждый телескоп независимо обрабатывает полученный свет с помощью пространственного сортера мод, после чего полученные данные сопоставляются за счёт общей запутанности. Это даёт возможность проводить любые произвольные измерения над совокупным светом, полученным сетью телескопов, вне зависимости от расстояния между ними.

Выполненные командой расчеты, посвященные сценарию наблюдения за двумя точечными источниками, такими как двойные звезды, продемонстрировали результативность предложенного метода. Полученные данные свидетельствуют о том, что квантово-усиленная интерферометрия способна достичь уровня точности, превосходящего возможности современных интерферометров, использующих традиционные каналы связи. Данная технология расширяет перспективы не только в астрофизике, предоставляя возможность исследовать звездные скопления и экзопланеты, но и в области мониторинга космической обстановки, например, для выявления изменений в известных объектах, находящихся на орбите. Ранее принципиальная осуществимость этой схемы была подтверждена экспериментально группой из Гарвардского университета, использовавшей запутанность между кремниевыми вакансиями в алмазе, которые выполняли роль квантовой памяти.